含五氧化二钒的废活性炭的再生方法

技术领域

本发明涉及化学工程领域，具体而言，涉及一种含五氧化二钒的废活性炭的再生方法。

背景技术

活性炭因其具有多孔隙结构、合适的比表面积、无毒无味以及对有机物质有色分子具有很强的吸附能力等特点，常被作为一种优良的吸附剂，广泛应用于医药、冶金、食品、化工、军事和环境保护等各个领域。在化工领域中，活性炭在废水吸附、催化、电化学、烟气治理中应用广泛。在吸附方面，活性炭是将污染物及无用物质转移富集，当吸附达到饱和状态时，活性炭就会丧失吸附活性。作为高度富集污染物的载体，再次形成固(危)废，直接排放会对环境造成恶劣的影响。

活性炭的再生是将废活性炭所吸附的物质(污染物或无用物)提取出来，使废活性炭恢复原本的吸附活性，从而能够再次利用，降低企业活性炭的使用成本。此外，废活性炭的再生还能够避免废活性炭在直接排放到自然环境中的情况下造成的污染物二次释放从而污染环境。

在活性炭的应用领域中，合成油尾气脱碳工段通常采用活性炭吸附尾气中的小分子烃类物质及硫化氢气体，从而净化外排尾气。该脱碳工段中存在五氧化二钒，从而使得活性炭在工作过程中，在吸附目标物质小分子烃类和硫化氢的同时，也吸附了五氧化二钒，并且从而使吸附后的废活性炭成为危险废物。在实际生产过程中，危险废物的处理成本较高，然而在现有技术中，并没有一种有效地再生含有五氧化二钒的废活性炭的方法。现有技术中的，活性炭的再生方法通常包含清洗、酸洗、干燥、碳化和活化等多个步骤，然而现有技术中的方法不能有效地将含有五氧化二钒的废活性炭中的五氧化二钒有效地去除，并且因此将降低所获得的再生的活性炭的吸附能力。因此，仍需要一种能够有效去除五氧化二钒并再生废活性炭的方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种含五氧化二钒的废活性炭的再生方法。以解决现有技术中的方法不能有效地将含有五氧化二钒的废活性炭中的五氧化二钒有效地去除，并且因此将降低所获得的再生的活性炭的吸附能力问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种含五氧化二钒的废活性炭的再生方法，其特征在于，包括：步骤S1，在300℃至1000℃的温度范围内加热废活性炭；步骤S2，向加热后的活性炭中加入脱附剂，然后进行60分钟至360分钟范围内的超声处理；和步骤S3，对脱附剂和活性炭的混合物进行固液分离，并将分离后的固体进行烘干。

进一步地，在上述方法中，还包括：步骤S4，向固液分离之后得到的液体中加入铵盐，待沉淀后收集沉淀物，然后将沉淀物在300℃与800℃的温度范围内加热，从而得到回收的五氧化二钒。

进一步地，在上述方法中，步骤S1进一步包括在活化气氛下、在3℃/分钟至15℃/分钟的加热速率下将废活性炭加热至300℃至1000℃的温度范围内，并且保温60分钟至360分钟。

进一步地，在上述方法中，活化气氛包括氮气、二氧化碳、和水蒸气中的一种或它们的任意组合；活化气氛的流量在300ml/分钟与1000ml/分钟的范围内。

进一步地，在上述方法中，脱附剂包括盐酸和硫酸中的一种或它们的组合；脱附剂的浓度在0.1mol/L与0.5mol/L的范围内；并且脱附剂与废活性炭的质量比在1:5000与10:5000的范围内。

进一步地，在上述方法中，铵盐包括氯化铵和硫酸铵中的一种或它们的组合物；按照铵盐与废活性炭的质量比为1:2000至5:2000的量添加铵盐。

进一步地，在上述方法中，步骤S4进一步包括在气氛下，在3℃/分钟至10℃/分钟的加热速率下将沉淀物加热至300℃至800℃的温度范围内，并且保温60分钟至120分钟。

进一步地，在上述方法中，回收气氛包括空气和氧气中的一种或它们的组合；回收气氛的流量在300ml/分钟与1000ml/分钟的范围内。

进一步地，在上述方法中，超声处理的频率在40KHz与120KHz的范围内。

进一步地，在上述方法中，在60℃至120℃的范围内进行烘干，并且烘干持续6小时至24小时。

通过本发明的含五氧化二钒的废活性炭的再生方法，实现了有效地去除了废活性炭的孔隙中吸附的污染物和五氧化二钒，显著节省了能源的消耗并且提高了再生后活性炭的吸附率的技术效果。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

通过背景技术中的描述可以了解到，现有技术中的废活性炭的再生方法不能有效地的去除废活性炭中的五氧化二钒。针对现有技术中的方法，在本申请的一个典型的实施方式中，提供了一种含五氧化二钒的废活性炭的再生方法，其包括步骤S1，在300℃至1000℃的温度范围内加热废活性炭；步骤S2，向加热后的活性炭中加入脱附剂，然后进行60分钟至360分钟范围内的超声处理；和步骤S3，对脱附剂和活性炭的混合物进行固液分离，并将分离后的固体进行烘干。

不同于现有技术中的方法，在本申请的技术方案中，首先将包含五氧化二钒的废活性炭在300℃至1000℃的温度下进行加热，从而去除活性炭中吸附的小分子烃类物质及硫化氢气体。然后再将废活性炭加入到脱附剂中，在超声处理装置中进行60分钟至360分钟范围内的超声处理。在进行超声处理的过程中，脱附剂的脱附作用和超声冲击将同时作用于废活性炭，从而使得吸附在活性炭中的五氧化二钒有效地脱出，并溶解于脱附剂溶液中。在将活性炭的孔隙中吸附的污染物和五氧化二钒去除之后，将孔隙中不再包含污染物的活性炭与脱附剂一起进行固液分离，从而将活性炭分离出来。将分离出来的活性炭进行烘干，从而得到再生的活性炭。

采用本申请的上述废活性炭再生方法的情况下，在去除活性炭孔隙中吸附的污染物的过程中采用了脱附剂与超声处理联合处理的方式，而并没有采用现有技术中常用的在800℃～1100℃的高温下进行焙烧，然后再在1200℃以上的温度下进行活化的方法。从而有效地节省了能源的消耗。再不进行高温焙烧和活化的情况下，采用本申请的脱附剂与超声处理共同处理的方法，不仅能够去除在加热步骤中残留在活性炭孔隙中的污染物，并且能够有效地去除孔隙中包含的五氧化二钒，从而进一步提高了再生后活性炭的吸附率。

综上，在采用了本申请的废活性炭再生方法的情况下，有效地去除了废活性炭的孔隙中吸附的污染物和五氧化二钒，显著节省了能源的消耗并且提高了再生后活性炭的吸附率。

在本申请的进一步的实施方式中，废活性炭再生方法还包括步骤S4：向步骤S3的固液分离之后得到的液体中加入铵盐，待沉淀后收集沉淀物，然后将沉淀物在300℃与800℃的温度范围内加热，从而得到回收的五氧化二钒。在本实施方式中，如下式所示，铵盐将与溶解在脱附剂中的五氧化二钒反应，从而生成(NH

然后，如下式所示，将沉淀物(NH

(NH

通过本实施方式的方法，可以有效地回收吸附在活性炭中的五氧化二钒，其回收率可以达到98％。

根据本申请的进一步的实施方式，步骤S1可以进一步包括在活化气氛下、在3℃/分钟至15℃/分钟的加热速率下将废活性炭加热至300℃至1000℃的温度范围内，并且保温60分钟至360分钟。在本实施方式中，步骤S1可以进一步包括将废活性炭材料在在3℃/分钟至15℃/分钟的加热速率下在活化气氛中加热至预定的300℃至1000℃的温度范围。在活化气氛中加热废活性炭可以有效地避免副反应的发生，并且有助于活性炭中吸附的污染物的脱出。在一些实施方式中，加热速率可以在3℃/分钟至15℃/分钟的范围内，优选地加热速率在5℃/分钟至10℃/分钟的范围内。具体地，在不同实施方式中，加热速率在3℃/分钟至15℃/分钟的范围内、4℃/分钟至15℃/分钟的范围内、5℃/分钟至15℃/分钟的范围内、6℃/分钟至15℃/分钟的范围内、7℃/分钟至15℃/分钟的范围内、8℃/分钟至15℃/分钟的范围内、9℃/分钟至15℃/分钟的范围内、10℃/分钟至15℃/分钟的范围内、3℃/分钟至14℃/分钟的范围内、3℃/分钟至13℃/分钟的范围内、3℃/分钟至12℃/分钟的范围内、3℃/分钟至11℃/分钟的范围内、3℃/分钟至10℃/分钟的范围内、3℃/分钟至9℃/分钟的范围内、3℃/分钟至8℃/分钟的范围内、或3℃/分钟至7℃/分钟的范围内。在本发明的加热速率范围内，能够有效地快速升温以达到所需的加热温度范围，并且避免了由于升温过速导致的污染物锁闭在活性炭的孔隙中的问题。

在本发明的另一些实施方式中，在将废活性炭升温至预定的300℃至1000℃的温度范围内之后，进行保温60分钟至360分钟，优选地保温120分钟240分钟。在上述保温时间内，可以有效地去除废活性炭的孔隙中吸附的污染物。在本申请的不同实施方式中，保温时间可以在以下范围内：60分钟至360分钟、60分钟至330分钟、60分钟至300分钟、60分钟至270分钟、60分钟至240分钟、60分钟至210分钟、60分钟至180分钟、60分钟至150分钟、60分钟至120分钟、90分钟至360分钟、120分钟至360分钟、150分钟至360分钟、180分钟至360分钟210分钟至360分钟、240分钟至360分钟、或270分钟至360分钟。

在进一步的实施方式中，本发明的步骤S1中使用的活化气氛可以包括氮气、二氧化碳和水蒸气中的一种或它们的任意组合，在优选地实施方式中，活化气氛的流量在300ml/分钟与1000ml/分钟的范围内。在使用氮气作为活化气氛的实施方式中，被吸附在活性炭中的污染物将不与氮气发生反应，而是仅从孔隙中脱嵌。在使用二氧化碳、氧气或水蒸气作为活性气氛的实施例方式中，被吸附到活性炭孔隙中的污染物可以在预定的温度下在孔隙中与活性气氛发生反应，从而生成小分子产物，以从孔隙中脱出。可替换地，在一些实施方式中，可以选择氮气、二氧化碳、氧气和水蒸气中的一种或它们的任意组合作为活性气氛，从而使得一部分污染物可以直接从孔隙中脱出，其它污染物则可以与活性气氛反应生成小分子后再从孔隙中脱出。在一些优选实施方式中，可以以在300ml/分钟与1000ml/分钟的流量通入活性气氛。在不同实施方式中，活化气氛的流量可以在以下范围内：300ml/分钟至1000ml/分钟、400ml/分钟至1000ml/分钟、500ml/分钟至1000ml/分钟、600ml/分钟至1000ml/分钟、700ml/分钟至1000ml/分钟、300ml/分钟至900ml/分钟、300ml/分钟至800ml/分钟、300ml/分钟至700ml/分钟、300ml/分钟至600ml/分钟、或300ml/分钟至500ml/分钟。

在进一步的实施方式中，本发明的废活性炭再生方法的步骤S2中所使用的脱附剂可以包括合适的酸性脱附剂，优选地可以使用盐酸和硫酸中的一种或它们的组合。所使用的脱附剂的浓度可以在0.1mol/L与0.5mol/L的范围内，在该浓度范围内，脱附剂可以与活性炭孔隙中存留的五氧化二钒有效地反应生成VO

在一些实施方式中，本发明的废活性炭再生方法中步骤S4中所使用的铵盐可以包括水溶性铵盐或其组合，优选地包括氯化铵和硫酸铵中的一种或它们的组合物，其中铵盐可以与溶解在脱附剂中的VO

本发明的废活性炭再生方法中步骤S4可以进一步包括在回收气氛下，在3℃/分钟至10℃/分钟的加热速率下将固液分离后得到的沉淀物加热至300℃至800℃的温度范围内，并且保温60分钟至120分钟。通过上述方法可以有效地将固液分离后得到的沉淀物氧化生成五氧化二钒，然后有效地回收产物。在一些实施方式中，通过在上述加热速率范围内的加热，可以在快速达到对沉淀物进行反映的温度条件下，避免副反应的发生。在不同实施方式中，加热速率可以在以下范围内：3℃/分钟至10℃/分钟、3℃/分钟至9℃/分钟、3℃/分钟至8℃/分钟、3℃/分钟至7℃/分钟、3℃/分钟至6℃/分钟、3℃/分钟至5℃/分钟、4℃/分钟至10℃/分钟、5℃/分钟至10℃/分钟、6℃/分钟至10℃/分钟、7℃/分钟至10℃/分钟、或8℃/分钟至10℃/分钟。此外，优选地保温时间可以在以下范围内：60分钟至120分钟、70分钟至120分钟、80分钟至120分钟、90分钟至120分钟、100分钟至120分钟、60分钟至110分钟、60分钟至100分钟、60分钟至90分钟、60分钟至80分钟、或60分钟至70分钟。

在上述实施方式中，所使用的回收气氛包括任何可以使沉淀物氧化的气氛，并且优选地回收气氛包括空气和氧气中的一种或它们的组合。此外回收气氛的流量可以在300ml/分钟与1000ml/分钟的范围内，优选在500ml/分钟至1000ml/分钟。

在本发明的不同实施方式中，超声处理的频率在40KHz与120KHz的范围内。在优选实施方式中，超声处理的频率可以在以下范围内：40KHz至120KHz、50KHz至120KHz、60KHz至120KHz、70KHz至120KHz、80KHz至120KHz、90KHz至120KHz、100KHz至120KHz、40KHz至110KHz、40KHz至100KHz、40KHz至90KHz、40KHz至80KHz、40KHz至70KHz或40KHz至60KHz。

在本发明的实施方案中，步骤S3的的烘干步骤可以在60℃至120℃的范围内进行6小时至24小时。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1

将1000g的含五氧化二钒的废活性炭置于管式炉中，以5℃/分钟升温速率升至500℃恒温120分钟，在整个过程中通入二氧化碳，流量为500ml/分钟。将活化后的活性炭置于50ml的具有0.1mol/L浓度的硫酸溶液中超声100分钟，其中超声处理的频率频率为100KHz。将超声处理后的活性炭及溶液进行固液分离，将得到的固体在120℃的温度下烘干6小时。将活性炭洗至中性后干燥备用，在滤液中加入0.72g硫酸铵后形成沉淀，固液分离，收集固体置于管式炉中，以3℃/分钟的升温速率加热至500℃恒温120分钟，在整个过程中通入空气，流量为500ml/分钟，降温结束，收集样品。

实施例2

将1000g的含五氧化二钒的废活性炭置于管式炉中，以3℃/分钟升温速率升至300℃恒温360分钟，在整个过程中通入水蒸气，流量为300ml/分钟。将活化后的活性炭置于18.3ml的具有0.3mol/L浓度的盐酸溶液中超声60分钟，其中超声处理的频率频率为120KHz。将超声处理后的活性炭及溶液进行固液分离，将得到的固体在60℃的温度下烘干24小时。将活性炭洗至中性后干燥备用，在滤液中加入0.5g氯化铵后形成沉淀，固液分离，收集固体置于管式炉中，以10℃/分钟的升温速率加热至800℃恒温60分钟，在整个过程中通入氧气，流量为1000ml/分钟，降温结束，收集样品。

实施例3

将1000g的含五氧化二钒的废活性炭置于管式炉中，以10℃/分钟升温速率升至800℃恒温180分钟，在整个过程中通入二氧化碳，流量为1000ml/分钟。将活化后的活性炭置于54.8ml的具有0.5mol/L浓度的盐酸溶液中超声240分钟，其中超声处理的频率频率为40KHz。将超声处理后的活性炭及溶液进行固液分离，将得到的固体在100℃的温度下烘干18小时。将活性炭洗至中性后干燥备用，在滤液中加入1g氯化铵后形成沉淀，固液分离，收集固体置于管式炉中，以5℃/分钟的升温速率加热至600℃恒温80分钟，在整个过程中通入空气，流量为500ml/分钟，降温结束，收集样品。

实施例4

将1000g的含五氧化二钒的废活性炭置于管式炉中，以15℃/分钟升温速率升至1000℃恒温60分钟，在整个过程中通入氮气，流量为500ml/分钟。将活化后的活性炭置于71.4ml的具有0.2mol/L浓度的硫酸溶液中超声200分钟，其中超声处理的频率频率为80KHz。将超声处理后的活性炭及溶液进行固液分离，将得到的固体在80℃的温度下烘干20小时。将活性炭洗至中性后干燥备用，在滤液中加入2.5g硫酸铵后形成沉淀，固液分离，收集固体置于管式炉中，以8℃/分钟的升温速率加热至400℃恒温120分钟，在整个过程中通入氧气，流量为300ml/分钟，降温结束，收集样品。

比较例1

将1000g的含五氧化二钒的废活性炭置于管式炉中，以5℃/分钟升温速率升至1200℃恒温360分钟，在整个过程中通入二氧化碳，流量为500ml/分钟，将活性炭洗至中性后干燥得到活化活性炭。

BET比表面积的测量

使用氮气吸附仪对上述实施例1-4以及比较例1中获得的再生活性炭进行BET比表面积的测量。测量结果在表1中示出。

表1废活性炭再生后氮气吸脱附数据

再生活性炭吸附率测试

在锥形瓶中加入1g的实施例1-4或比较例1的再生废活性炭和50ml的工业废水。将混合好的锥形瓶置于摇床中震荡120分钟。震荡后静置沉淀，取2ml的上清液加入到COD(化学需氧量)消解液中测定溶液的COD，活性炭的吸附率的计算方法为：

其中，C

C

实验结果在表2中示出

表2

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：。

通过上述BET比表面积的测量的实验结果可以看出，通过本发明的再生方法再生的废活性炭具有较高的BET比表面积。与比较例1的实验结果相比，本发明的实施例3的再生活性碳的BET比表面积显著提高了约30％，较接近于新鲜活性炭的BET比表面积。

在再生活性炭吸附率测试中，可以看出在使用本发明的再生方法后得到的再生活性炭能够有效降低废水的COD值并且实现最大92％的吸附率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。