全球活性炭市场分析

为什么目前国外活性炭在水处理方面的应用多,中国应用还比较少?

  1)政策法规上的差距:资料显示,美国环保署(USEPA)的饮用水标准的64项有机污染物指标中,有51项将颗粒活性炭(GAC)列为最有效技术
。而中国对于饮用水的标准还很低。

  2)经济因素:中国还处于发展中国家,经济实力不如发达国家,而活性炭的成本较高,使得中国活性炭在水处理方面的应用受到限制。

  3)生产技术:中国活性炭工业和国外相比差距较大,特别在生产设备、自动化程度、测试分析手段、生产规模、质量保证体系及规格型号
等方面,使得活性炭的质量不高,大量高质量的活性炭还需进口,品种较少,生产成本高,从而限时了活性炭的应用。

  为什么说中国活性炭应用在水处理方面有很大的发展前景?

  1)环境因素:近年来,随着中国工农业生产和经济建设的快速发展,环境污染事故频频发生,同时中国还接连遭受了数起不可抗拒的自然
灾害,使人们生存环境和身体健康受到了影响。随着2005年的松花江污染、2007年的太湖污染到2008年的四川地震、唐家山堰塞湖水污染等重
大事故的救治中最终采用了活性炭净化处理。中国已逐渐将活性炭认可为保护环境安全的必要手段。

  2)环保意识及政策因素:在中国环保意识逐渐加强,国家对饮用水的标准、生活污水及工业废水的排放标准不断提高的条件下,活性炭吸
附作为一种最深度净化水的方法,因具有处理效果显著、设备简单、操作方便、活性炭可以再生等优点将使其在水处理中将会有更为重要的应
用价值和更为广泛的应用范围。

  3)经济因素:随着活性炭制备原料的廉价化、制备方法、再生技术的不断完善、生产规模的不断扩大,使活性炭的使用成本降低,并且我
国的国民经济也在蓬勃发展,从而使活性炭在水处理的应用不断扩大。

  中国活性炭企业如何发展?

  优化制备方法、生产技术,再生技术,扩大生产规模、降低原料成本等。

  针对以上问题,本文比较了中国与国外活性炭在水处理方面的应用现状,分析研究活性炭的制备原料、制备工艺、再生等问题。并展望了
中国活性炭产业未来的发展方向及发展前景,以期对中国水处理用活性炭市场有指向性作用。

  国外活性炭的发展动向

  2.1活性炭生产/应用情况

  目前,世界活性炭的年产量约120万t左右,中国约占1/3。如今全世界约有50个国家生产活性炭,美国、日本、英国、德国、法国和俄罗
斯等国家的发展处于领先水平。其中生产能力增加最多的国家是美国、中国和日本。自1990年以来,美国活性炭消费增加了5%,日本增加了7%
。其中用于水处理炭是最大的市场,占整个活性炭消费量的35%以上。

  几年来,水处理炭一直左右着活性炭市场。从1992年至1997年美国用于饮用水工业和城市废水处理的活性炭增加了11%,即从4.68万t增加
到7.81万t,欧洲也发生了类似情况。近年来,国外为满足市场对活性炭的需求量,各国活性炭公司均新建了工厂,如:日本在马来西亚新建
了一个年产0.8万t的活性炭厂;卡尔岗公司在新加坡又建立了一个子公司;日本三菱化学公司新建了一个年产0.3万t煤制粉状活性炭厂,又和中
国山西新华化工厂合资建厂;库拉雷化学公司新建了一个年产0.3万t煤制颗粒炭的工厂;斯里兰卡比克2林克活性炭公司(BiecoLink)新增加了2
台年产0.2万t活性炭的转炉。

  印度和菲律宾也各新增加了2个活性炭厂。据报道,随着俄罗斯整体经济的不断上升,活性炭工业也将在调整中发展,俄罗斯将利用自己
在原料和技术上的优势,研究开发活性炭潜在的用途,1998年建立一个先进的年产0.85万t的煤制活性炭工厂。近年来,饮用水的质量问题越
来越引起俄罗斯有关部门的重视。目前,在俄罗斯,专家们对开发水(特别是饮用水)的特殊处理方法进行了深入研究,如:钻自流井、瓶装水
、中等能力进水点的自来水再净化、家用过滤器和在野外条件下,体积不大的水处理用的间歇式净化装置。饮用水再净化用的小型净水过滤器
已广泛用于生活中。

  综上所述,各国由于工业的蓬勃发展,生活条件的不断改善,环境保护的加强,饮用水的需求,都将刺激活性炭工业的发展,深加工活性
炭、高档活性炭将会有更大的市场。

 2.2国外活性炭市场动态分析

  1)欧美卡尔岗公司的活性炭生产现状和公司战略

  1997年时,世界65万t的市场规模,18万t是煤质炭,卡尔岗公司有9万t。占其1/2。由于中国煤质优、丰富、能源便宜、成本低,因此,
卡尔岗公司瞄准了中国的煤资源。他们设想,以中国煤资源、能源为本,卡尔岗公司提供活性炭生产技术、售后技术服务,在亚洲地区扩大推
销。他们认为,只要在中国就地生产能早日实施,有了廉价可靠的资源,也可占领中国市场。

  2)荷兰活性炭市场和厂家战略

  在荷兰,活性炭生产始终处于过剩状态。因此,活性炭市场供过于求的形势没有变化。他们以亚洲为发展地区,将其成为他们的活性炭开
发市场。荷兰Norit公司是世界最大的厂家,每年活性炭产量11万t左右。如投资建设新厂,设备将进一步过剩,因此,想法合作或收买现有厂
家,这样可占领当地市场。

  3)日本活性炭生产新动向

  近年来,日本活性炭生产的趋势提高活性炭产品的质量和研究新的活性炭制造方法,特别是开发大比表面和含硫量极低的高质量活性炭的
制造方法,如:内外并热的流化床活化装置的开发、高品质活性炭制造方法的开发。

  通过国外市场分析可知,活性炭工业正处于蓬勃发展时期,其在水处理方面发展前景最佳;亚洲地区将是大的活性炭的消费地区;廉价的原
料是未来活性炭降低成本的有效途径;同时提高活性炭产品的质量及新的活性炭制备方法是未来发展趋势。这些都为中国活性炭生产企业指明
发展方向。

  中国发展回顾

  3.1产量

  解放初期,国内仅有一些生产粉状炭的小作坊,没有粒状炭。1981年据林业部对中国活性炭厂进行调查资料计算,中国活性炭年产量仅1
万t左右。在怀玉山召开第一次中国活性炭学术讨论会以后的20年里,中国活性炭工业有了一个突飞猛进的发展,年产量由1981年的1万t发展
到1999年的12万t以上,约占世界产量的1/4,2007年生产量达到35万吨,出口量25万吨。活性炭产量占世界产量的三分之一,已成为世界上最
大的活性炭生产国。

  目前有中小型活性炭生产企业1200余家,中大型的企业每年产量为3千到1万吨,并在不断扩大。最早活性炭厂为:新华化工厂(太原)。我
国两大活性炭生产基地为-大同和宁夏。

  代表性的生产厂家有:大同市云光化工厂、宁夏太西活性炭厂、唐山建新活性炭有限公司、大同丰华活性炭有限责任公司、信鹏活性炭厂
等。

  3.2质量、品种

  中国活性炭产品的质量也有了突破,如:高比表面积炭、高苯炭、微球炭等。产品的品种发展也很快,原来只有粉状炭,后来有了粒状炭、
纤维炭和炭分子筛等。化学活化法制备活性炭的研究也有了新的进展,原来只有氯化锌活化法,现已发展到利用磷酸、KOH、硫酸作为活化剂。
1996年山东烟台召开的中国活性炭学术讨论会以来,活性炭品种的开发和产业化方面取得了新的成就,如:大颗粒脱硫脱硝活性炭的问世,填
补了国内空白;特种浸渍炭的国产化取得了可喜成效;面向生物工程、新型能源和环境保护,开发高性能活性炭已成为新的研究热点。

 3.3技术

  据“国内外活性炭”资料报道,在引进国外技术方面,中国引进了国外资金和技术,如:日本三菱化学公司与中国新华化工厂合作,建立
一家新的活性炭生产企业,日方将持有新企业的50%以上股份,并负责选派各类经营人员、技术人员进行管理;三菱公司委托该部门生产的干式
脱硫脱硝活性炭,在日本销量极佳,由于市场需求不断扩大,公司已作出合资决定。

  据三菱化学公司高层人士讲,与中国企业的合作,不仅可降低生产成本,还可创造巨大的效益;而中国在活性炭品种的开发和产业化方面
也取得了新的成就。国内在活性炭的基础研究和技术基础研究方面,作了更深一层的试验研究,如:对吸附过程的分子模拟,活性炭对超临界
气体吸附以及新的孔隙结构计算方法等方面进行了探索。

  3.4应用

  由于各方面的因素,中国在20世纪60年代才开始应用活性炭处理工业废水。使用最早的是燕山石化进行地下水处理及甘肃白银对金属矿废
水的处理。另外,1965年沈阳自来水公司,1976年湖南长岭炼油厂,1986年大庆污水处理厂相继建成了大型的活性炭吸附过滤装置。此外,兰
州炼油厂日处理工业废水12000t活性炭工业装置也已建成。

  目前中国珠三角,长三角地区的发达城市都已使用活性炭进行水处理。但从总体上看,中国水处理还处于较低水平。

  3.5科研

  主要科研单位:过程所、防化院、矿大、煤科院、山西煤化所、大连理工、天津大学、哈工大、北化工、清华大学、中国林业科学研究院
林产化学工业研究所、昆明理工大学等。

  3.6存在的问题

  中国活性炭行业在制造技术上不如欧美国家,国外在活性炭制造方面已达到了规模化、自动化、低消耗、无污染、产品质量稳定的先进水
平,而中国仍然存在生产规模小、产品质量参差不齐、资源浪费等问题。特别是在化学法生产活性炭技术上,与日美等国有较大差距。日本氯
化锌法活性炭生产技术采用回转炉两段法,其氯化锌消耗几乎为零,且不用盐酸回收锌。而中国的氯化锌消耗平均为每吨活性炭300kg,盐酸
消耗为每吨活性炭500kg。美国磷酸法生产活性炭酸消耗在20%以下,中国平均在35%。这不仅造成生产成本的上升,最主要还给环境带来了较
大的公害。

  国内的活性炭工业必须注重研究活性炭的应用发展趋势,加强新技术开发,促进整个活性炭行业的良好发展。

  中国水处理用活性炭的未来发展

  4.1原料

  木质原料:木质原料在中国活性炭工业中占有着十分重要的地位。其中,椰子壳、核桃壳为最优,但由于原料有限,制约了其发展。

  煤炭:对于中国来说,煤炭资源丰富、分布广泛、价格低廉,因此以煤为原料生产活性炭有着很好的前景。

  石油原料:主要指石油炼制过程中的含碳产品及废料。例如石油沥青、石油焦、石油油渣等。

  高分子含碳原料:聚氯乙烯、聚丙烯、呋喃树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚碳酸酯、聚四氟乙烯等。这些原料主要指工业回收废料,中国
目前尚未充分利用。

  其他:旧轮胎、动物骨、动物血、蔗糖、糖蜜等。

 总之:

  (1)原料的来源逐步转向储量丰富,价格低廉的煤炭。以煤为原料的活性炭发展很快,应用范围和数量也在迅速扩大,目前煤质活性炭产量
已经超过了木质活性炭。

  (2)近年来,多用农林副产品、纸浆废浆、劣质煤和煤研石等许多含碳的工业废料,制造价格低廉或具有特殊性能的活性炭。国内外利用废
弃材料制备活性炭,以谋求廉价原料的探索受到了重视,如采用废塑料、废橡胶、纸浆废液、石油副产品等原料制得的活性炭,有的已投入应
用,这种有效的变废为利的方法前途甚广。

  4.2制备方法与技术

  4.2.1制备方法:

  1)气体活化法:世界上生产活性炭的厂家70%以上都是采用气体活化法。中国主要以气体活化法生产活性炭。物理活化对环境污染小,因
其是依靠氧化碳原子形成孔隙结构,故活性炭的收率不高,且活化温度较高,需先进行炭化再活化。

  2)化学活化法:1980s年代中期,美国阿莫卡公司以KOH为活化剂,采用化学活化法,制得比表面积大于2500m2/g的活性炭。日本大阪煤气
公司,用中间相沥青微球为原料、也采用类似的活化方法制得比表面积高达4000m2/g的活性炭。日本关西热化学也有这种称之为Maxsorb的制
品。中国科学院山西煤炭化学研究所于1990s年代初开展了这方面的研究工作,并成功制得了高比表面积活性炭(SBET~3600m2/g)。

  另外,国内外对加入H3PO4进行活化的研究较多,美国于1970s年代将原料褐煤及次烟煤用稀磷酸处理,获得了高比表面及活性的活性炭,其
比表面积高达3000m2/g。现在美国大约有40%~50%活性炭采用磷酸活化法。法国、德国、意大利、比利时、荷兰、英国等西欧各国大约有15%的
生产厂家采用该活化方法。

  日本采用磷酸活化法相比于美国则少些。中国这方面的报导则很少,还处于研究起步阶段。主要化学试剂有:氯化锌、磷酸、硫酸、氢氧
化钠、氢氧化钾、硫化钾、碳酸钾等钾的化合物。美国和日本采用化学KOH活化制备活性炭已经实现了工业化。

  化学活化法工艺特点是活化温度低,易对产品的孔隙结构进行调整。化学活化法是炭化活化一次完成,有利于形成尺寸较小的碳微晶,容易
形成细的孔隙结构,可以制造出孔隙更发达、吸附性能更好的活性炭,炭的相对得率较高。但化学活化对设备腐蚀性大,污染环境,其制得的
活性炭中残留化学药品活化剂,应用方面受到限制。

  3)化学物理活化法:为了发挥物理活化和化学活化各自的优点,目前世界各国包括中国在内都在研究、探讨将化学活化法和物理活化法结
合起来,用新型的生产工艺,生产出孔隙结构更加合理、发达、吸附性能更优越、用途更广泛的活性炭产品。

  4.2.2生产制备技术

  1)连续化、无公害化制造技术

  欧美等发达国家在活性炭制造技术方面已完成大型化、自动化、连续化、无公害化制造体系:如美国的卡尔岗公司、维斯特维公司、荷兰
的诺瑞特公司、年产活性炭均超过万吨,员工仅100多人。而且对制造新工艺的研究与活性炭微孔结构和表面化学基团的关系研究,做到了品
种的专用化和多样化。如美国、日本的活性炭产品品种达到数百种。

  2)活化剂低消耗制造工艺

  传统化学法制造活性炭的缺点是活化剂消耗大,回收率低,产生的废水废气对环境造成危害。随着工艺技术的进步,日本氯化锌法活性炭
生产技术采用回转炉两段法,较低温活化,其氯化锌消耗量极低。美国磷酸法生产活性炭,磷酸消耗在20%(每吨活性炭的酸耗)以下,生产环
境清洁。磷酸的低消耗不仅大大降低生产成本,最主要保护了环境,实现了清洁生产。

  3)原料预处理

  活性炭原料的预处理包括脱灰和预氧化。活性炭生产原料为木质、煤质等天然产物,均含有一定量的杂质,如Si、Al、Ca、Mg等元素,这
些成分在活性炭制备过程中有极敏感的阻止微孔形成的作用通过对原料脱灰预处理,能显著提高活性炭性能。以煤质原料为例,国内外研究采
用新的研磨技术结合化学洗涤法,可获得灰分为1%的精煤,但是成本相对较高。

  活化前对原材料进行适当的氧化处理,可以提高活性炭的吸附性能和产率。原料预氧化对活化过程有两点较为明确的优点:一是能降低活
化温度和缩短活化时间;二是通过原料的预氧化后增加了原料的表面活性,使得活化作用更容易深入到原料颗粒内部。原料预氧化处理一般有
干和湿两种方法干法为在一定加热条件下,用空气、氧气等气体作为氧化剂,湿法则常用硝酸、硫酸等作氧化剂。研究表明,氧化预处理可获
得煤质活性炭比表面积3000m2/g,碘吸附值1500mg/g,亚甲基蓝吸附值300mg/g,苯酚吸附值250mg/g的性能,对于木质活性炭的亚甲基蓝吸附值
可达到760mg/g。

)使用催化活化剂

  当利用物理活化法制备超级活性炭时,添加催化剂进行催化活化可成倍提高反应速率,降低活化温度,并且孔径分布集中。例如,国内专
利以采用钙催化物理活化法,C-H2O反应活化能从185kJ/mol降低到164~169kJ/mol,孔径集中于5~10nm。日本专利采用过渡金属元素作催化
剂,不仅减少了反应时间,而且获得比表面积达到2500~3000m2/g的超级活性炭,有代表性的过渡金属化合物有Fe2(NO3)3、Fe(OH)3、FePO4
、FeBr3、Fe2O3等。但过快的反应速度可能会使微孔壁面被烧穿,破坏微孔结构。

  5)使用模板

  在无机物模板内很小空间(纳米级)中引入有机聚合物并使其炭化,然后用强酸将模板溶掉后即可制得与无机物模板的空间结构相似的多孔
炭材料,该方法可制得孔径分布窄、选择吸附性高的中孔活性炭。美国、日本有利用硅凝胶微粒(75~147μm,比表面积470m2,孔径4.7nm)作为
模板,制成比表面积1100~2000m2/g,孔径为1~10nm,并集中在2nm的窄孔径分布的活性炭材料。利用模板法制备活性炭的优点是可以通过改变
模板的方法控制活性炭的孔分布,但该方法的缺点是制备工艺复杂需用酸去掉模板,使成本提高。

  今后,随着各项新技术的交叉使用,传统的活性炭生产工艺与新的技术相结合形成新的生产工艺有针对性地研制具有特殊吸附性能的活性炭
将成为重要的研究方向之一。

  4.2.3水处理应用新技术

  移动式水处理系统

  活性炭水处理系统向着小型化,更新便捷方向发展。Calgon公司研发的Cyclesorb®HP是一种结构紧凑的全不锈钢饮用水处理设备,包括大
规模活性炭吸附系统中的所有必要部件。内装近1t粒状活性炭,最大可处理流量0.27m3/min。当处理完毕,用户可将Cyclesorb®HP作为运输方
便的容器运回卡尔冈炭素公司,对使用后的活性炭安全地进行再生。

  4.3再生技术

  活性炭在水处理运行中存在使用量大、价格高的问题,其费用往往占运行成本的30%~45%,且活性炭对污染物的吸附能力是有限的,活性
炭吸附污染物饱和后,面临的问题是要么置换新的活性炭,对饱和炭废弃、焚烧,要么对饱和的活性炭进行再生,重新使用。活性炭再生成本
较低,通常是用新炭置换饱和碳成本的40%~60%,曼切斯特水厂活性炭再生单位成本为0.48$/kg,而补充新炭的单位成本为1.35$/kg。活性炭
再生一般不污染环境,因此得到越来越广泛的应用。

  目前,传统的再生工艺不断改的同时也涌现出一些活性炭再生的新技术新工艺,从而进一步拓宽了活性炭的应用领域。

  4.3.1再生目标

  控制吸附性能恢复率在一定范围之内,注意强度与颗粒的变化,使得整个系统的经济性处于最佳平衡状态。再生效果随活性炭性质、水厂
水处理工艺、所使用的化学药剂、所吸附的污染物种类和数量的变化而有所不同,因此活性炭大规模再生前,应当对同一种活性炭,进行多次
吸附、再生试验,根据吸附性能、质量损失、强度和粒径变化,做出综合的评价。

  例如:国内采用的臭氧-活性炭工艺多为生物活性炭。活性炭表面生长微生物,分解活性炭所吸附的有机物,从而延长了活性炭的吸附周
期。尽管生物活性炭上的微生物可以延长活性炭的使用期限,但是难以恢复吸附难分解物质的活性炭的吸附性能,因此通常还是需要进行加热
再生。为了完全恢复活性炭吸附性能,就必须强化再生条件,结果往往导致活性炭强度和粒径的下降,再生质量损失上升,需要补充的新炭数
量增加,用于热再生损失的补充新炭,一般为总炭质量的10%~20%,通常占活性炭再生总成本的20%~40%。若只考虑再生炉进行设计的话,吸
附性能100%的恢复是可以实现的,但是当考虑到作为吸附、再生系统在水厂中使用时,应综合评价各经济指标,选择适当的再生条件。

 4.3.2再生方法

  1)加热再生法

  方法:加热再生法是目前应用得最多,工业最成熟的活性炭再生方法。该法主要是通过外部加热的方式来改变活性炭上的吸附平衡关系进
而达到解析和脱附的目的,从而使活性炭再生。

  特点:加热再生法是传统的再生方法,由于能够分解多种多样的吸附质而具有通用性,从而成为主要再生方法。热再生是恢复自来水厂活
性炭吸附性能的有效方法。炭损失大,多达5%~10%,运输费用大,生物活性炭再生损耗上与纯吸附活性炭有所不同,由于生物膜的影响,其再
生损耗大大高于纯吸附活性炭,根据此次再生情况保守估计应该在15%~20%。但再生效率较高。

  设备:现国内企业普遍采用的再生设备是转炉、多层炉、流动层炉等。转炉为一卧式转筒,从进料端到出料端炉体略有倾斜,炭通过螺旋输
送设备,经调速电机定量给料,途经干燥段、高温活化段、冷却段,在炉内的停留时间靠倾斜度及炉体转速来控制。由于氧化性气体对活性炭自
身的烧损较大,一般用水蒸气作为活化气体。炉膛温度一般控制在850~950℃。

  改进:一般加热再生法要经过高温分解、气体活化(CO2、CO等)等步骤,但sabio等将其简化,将饱和的活性炭直接进行气体活化进行再生
,实验结果证明是可行的。对吸附PNP饱和的活性炭进行气体活化的实验,使操作大为简化,并降低了运行成本。同时因为空气具有廉价、处
理温度底,再生周期短等优势,提出将空气作为活化气体的一种选择,但是与CO2相比,其并不能很好的恢复活性炭的吸附性能,但却是值得
人们继续深入研究的一个方向。热再生法在工业上得应用是非常广泛的,若能有所改进或将其过程简化,将会有可观得经济效益及更大的应用
价值。

  用在给水处理的饱和活性炭的再生质量损失(通常在10%~20%),明显高于废水处理饱和炭的再生质量损失(通常为2%-10%)。给水处理用的
活性炭再生质量损失比较高的主要原因在于金属离子在活性炭表面和孔隙中的积累,在高温再生活化条件下,金属离子对活化反应起催化作用
,加速活化进程,从而导致活性炭过度活化,增大了再生质量损失。另外,金属离子生成的无机盐类还会在再生炉中熔融,损坏再生炉的耐火
材料和耐热钢。自来水厂可采用活性炭再生前实施酸洗可以去除累积的金属离子,提高活性炭再生产率,减少灰分。实际应用表明,活性炭再
生前通过酸洗,再生炭得率和孔隙分布有明显改善。

  2)生物再生法

  方法:生物再生是利用微生物将吸附在活性炭上的污染物质氧化降解。微生物的分解效果在于:在活性炭颗粒周围生长了一层嫌气性生物
膜,分解被吸附的高分子物质或者生物分解度低的物质。通过这种作用使难于被吸附的分解产物解吸,再通过外侧的好气性微生物而被氧化。

  特点:生物法简单易行,投资和运行费用较低,但所需时间较长,受水质和温度的影响很大。微生物处理污染物的针对性很强,需特定物
质专门驯化。且在降解过程中一般不能将所有的有机物彻底分解成CO2和H2O,其中间产物仍残留在活性炭上,积累在微孔中,多次循环后再生
效率会明显降低。

  3)湿式氧化再生法

  方法:活性炭湿式氧化再生是在高温高压条件下,用氧气或空气作为氧化剂,将处于液相状态下活性炭上吸附的有机物氧化分解成小分子的
一种处理方法。

  特点:湿式氧化再生法处理对象广泛,反应时间短,再生效率稳定。利用失效炭本身氧化热来维持反应系统温度,再生过程中无需另外加
热。但湿式再生氧化也存在不足:1)随吸附种类不同,氧化难易程度相差很大,需选用催化剂,,增加了成本;2)降低活性炭吸附性能,氧化液
和废气需进一步处理;3)最佳氧化温度不易控制;4)所需设备需耐腐蚀、耐高压。

  4)溶剂萃取再生法

  方法:溶剂萃取再生法是利用活性炭、溶剂与被吸附质三者之间的相平衡关系,通过改变温度、溶剂的pH值等条件,打破吸附平衡,使吸
附质从活性炭上脱附下来。根据所用溶剂的不同可分为无机溶剂再生法和有机溶剂再生法。1)无机药剂再生,是指用无机酸(硫酸、盐酸)或碱
(氢氧化钠)等药剂使吸附质脱除,又称酸碱再生法。例如用氢氧化钠溶液洗涤吸附高浓度酚的炭,脱附的酚以酚钠盐形式被回收。吸附废水中
重金属的炭也可用此法再生,再生药剂可使用HCl等。2)有机溶剂再生,采用乙醇、苯、丙酮及甲醇等有机溶剂,萃取吸附活性炭中的吸附质。例
如吸附高浓度酚的炭、焦化厂煤气洗涤废水用活性炭处理后的饱和炭等均可用有机溶剂再生。

  特点:溶剂再生法对于被吸附物质为大分子有机物质或分子结构中支链较多的有机物质来说,因“瓶颈效应”或“章鱼效应”,溶剂再生
效率较低。在被吸附物种类较多、成分较为复杂时,通常需要几种以上的萃取剂。另外,由于有些化学溶剂会腐蚀活性炭表面,破坏活性炭的
细孔结构,降低活性炭的吸附容量和机械强度。

  5)电化学再生法

  方法:电化学再生发是采用化学方法进行再生得一种较为理想的方法,主要是将饱和的活性炭填充在两个主电极之间,置于电解液中,在直
流电的作用下,活性炭极化,在其阴阳极发生氧化还原反应而使吸附的污染物发生分解从而使活性炭再生。电化学法再生活性炭的影响因素主要
有:活性炭所处的电极,所用辅助电介质的种类、浓度以及再生电流和再生时间等。

  从电化学再生饱和苯酚的活性炭实验结果得出,吸附苯酚饱和的活性炭,其阴极的再生效率比阳极的效果好,当电解质溶液是NaCl时,再生效
果较好,同时,再生效率随电解质浓度的增加而增加,但达1%后无明显变化,还随再生电流及再生时间的增加而提高,但在5h后基本呈稳定状态。

  特点:电化学再生效率较高,可达80%~95%,再生均匀,能耗少,炭损少,不会造成二次污染。电化学再生技术刚兴起,处于研究阶段,
可以预见具有良好的发展势头。

  6)微波辐射再生法

  近些年来,微波辐射因微波辐射能量后极性分子通过分子偶极的每秒数十亿次的高速旋转而快速的产生热效应而引起了人们的关注。微波
辐射技术已经被广泛的应用于家庭,工业及医药业等。微波辐射也被用于环保领域。目前,微波辐射再生活性炭作为传统再生方法的一种具有
可行性的替代方法而被提出。

  方法:微波辐射再生法即通过微波辐射活性炭,经过高温使有机物炭化活化,从而恢复其吸附性能的方法。微波辐射再生可以看作是内加
热的方式使活性炭再生。微波辐射再生的影响因素:微波功率、微波辐照时间及活性炭粒度及含水量等。从微波辐射再生吸附PCP饱和的活性
炭试验看出:微波功率是影响再生的最主要的因素,在一定范围内,微波功率越大,辐照时间越久,含水率越低,再生效果越好。但是无限的
增大微波功率将会使活性炭受损,应根据具体的实验来确定相应的参数

  特点:微波辐射再生法可以降解一些较难降解的有机物质,该法简单易行,能耗低,周期短,但若工艺条件控制不当,则活性炭的烧损比
较严重。微波辐射技术已经显示出其无与伦比的优越性,可以预见在未来的工业应用中具有广阔的应用前景。

7)超声波再生法

  方法:超声波再生法的最大特点就是在活性炭的局部施加能量,而不需将大量的水溶液和活性炭加热,,使吸附质脱附,从而达到再生的
目的。此再生方法可以说是在加热再生的方法的基础上发展起来的,但是还不成熟,通过理论分析及实验来证明超声波再生的可行性。用超声
波再生吸附TCE饱和的活性炭,TCE得到解析,活性炭得以再生。Rege等也用超声波降解了饱和活性炭上的苯酚。中国的研究人员业已通过实验
说明了超声波再生的有效性。

  特点:再生实验结果表明该法具有能耗低,工艺及设备简单,炭损小,可回收有用物质等优点,但再生效率低,且只对物理吸附有效。

  超声波再生法的研究仍处于起步阶段,其与热再生法相比具有一定的优势,是非常有发展潜力的再生方法。

  8)超临界CO2萃取再生法

  超临界流体萃取法再生活性炭是20世纪70年代末开始发展的一项新技术。SCF具有密度大、表面张力小、扩散系数大、溶解度大、传质速
率高、扩散性能好,与固体活性炭不相溶,且对活性炭表面存在活化作用等优点,是再生活性炭的理想溶剂。

  方法:依据SCF萃取原理,利用SCF作为溶剂,将吸附在活性炭上的有机物扩散并溶解于SCF之中。

  特点:研究表明,超临界CO2对活性炭的再生效果比较理想,在较温和的条件下就可达到较理想的再生效率,并且经多次循环使用再生后
,活性炭仍能保持较高的吸附性能。其不足之处是:设备投资大,运行成本高。

  9)臭氧氧化再生法

  方法:臭氧氧化再生法是用臭氧做氧化剂将吸附在活性炭上的有机物氧化分解,实现活性炭再生的方法。

  特点:臭氧氧化再生会使活性炭表面酸性官能团增多,吸附苯酚的能力下降,所以必须找出合适的臭氧用量,在不改变活性炭表面化学性
质的条件下,除去苯酚和其他氧化副产物。

  10)光催化再生法

  方法:TiO2光催化技术是近年发展起来的一种发展前景看好的环境友好氧化技术,其显著特点是在借助光催化剂表面受光子激发产生的高
活性强氧化剂•OH自由基,将水体中绝大多数的有机及部分无机污染物氧化,使其逐步氧化降解,最终生成CO2、H2O等无害或低毒物质,从而实
现活性炭的光催化再生。近年来,研究人员开展了许多TiO2光催化再生活性炭的研究,如:用TiO2光催化再生处理印染废水的活性炭,可以使
有机污染物分解为H2O和CO2。

  特点:光催化再生与印染废水的浓度、pH值以及其他盐类和无机物有关。光催化再生型活性炭在其吸附达到饱和后,不需要其他步骤,直
接在紫外光照射下即可实现原位再生,再生工艺简单,设备操作容易,生产规模可以随意控制,且可以使用日光辐射,能耗低。因此,光催化
再生的研究具有重要意义。其不足之处是:耗时长,处理效果尚不十分令人满意。

  11)其他再生方法

  活性炭再生的目的即除去吸附质,恢复活性炭吸附性能。由于吸附质种类繁多,性质各异,,从而决定了再生方法的多样性。除上面介绍
的几种主要方法外,其他方法如:放电高温电加热法(翁元声,2004)、新型“相转移”再生法(周明华等,2005)、催化湿式氧化法(李光明
等,2004)、高频脉冲再生法(吕德隆等,1996)、原位蒸气再生法、浮选再生法、双极性颗粒床电极法(刘守新,2002)、红外辐照再生、离子交换
再生(王岩,2001)等都曾有过报道。

  总之,热再生因其应用的广泛性,应尽力完善其自身的劣势,以便获取更大的经济价值。而几种新起步的再生方法还需不断的探索以寻求更
大的发展空间。新兴起的再生工艺较传统的再生方法具有炭损小,吸附性能好,且无二次污染等优势。随着现代科技的发展,必将推动能耗小,炭
损小,再生周期短而效率高的全新再生技术的涌现及现有技术的发展和完善,也将使活性炭在水处理方面拥有更大的市场需求。