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活性炭的高压脉冲放电再生性研究

岳宗豪  
【摘要】: 本论文的基本思路是利用高压脉冲放电再生器产生的羟基自由基、过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3)、紫外线等通过物理化学作用的综合效应降解活性炭表面上的有毒的吸附质,使得活性炭再生。因其能耗少、再生时间短、处理效果高且设备简单,使得该再生技术有着传统活性炭再生方法不可比拟的优点。论文主要考察了脉冲放电活性炭和活性炭纤维的再生,在此基础上探讨活性炭的再生机理。 活性炭再生实验在自制的气液串联脉冲放电活性炭再生器上进行,其中再生器装置条件选择为电极板间距为18mm(液相为12mm,气相为6mm),氧气流量为0.09m3/h。实验研究表明影响活性炭再生的因素有再生时间、脉冲放电电压和频率、体系的再生温度、溶液的pH值和电导率、活性炭的颗粒大小、再生次数和外加氧化剂等。再生时间长,再生温度高、活性炭颗粒小有利于活性炭再生;电源的电压和频率的增加在一定的范围内有利于活性炭再生,但超过一定范围,能量的利用率下降,本论文的最佳脉冲电压是46kV,频率为100pps;溶液的pH值对再生有一定的影响;活性炭的再生率随着溶液的电导率的先增加后减小,最佳电导率为500μs/cm;活性炭在经过6次吸附/再生循环操作后,再生率下降不明显,再生率都在85%以上;外加H2O2对活性炭的再生初期有一定的影响,后期不明显。 由于活性炭纤维独特的孔结构和表面特点,其再生效率要高于活性炭。TiO2/ACF复合材料的再生率要高于单独活性炭纤维再生,原因是充分利用脉冲放电产生的紫外光。在脉冲放电过程中,由于各种氧化物种的氧化作用,活性炭和活性炭纤维表面酸性官能团有较大幅度的增加,碱性官能团基本保持不变,比表面积和孔容有不同程度的增加。 活性炭再生是吸附质在活性炭表面的分解和吸附质在活性炭内的传质过程共同作用的结果。再生初期,吸附质在活性炭表面的氧化速率是活性炭再生速率的限制步骤,其中活性炭表面碱性官能团在吸附质的分解中起到催化作用。随着再生的进行,吸附质在活性炭由内向外的传质过程逐渐成为再生速率的限制步骤。


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