Durante il processo di utilizzo, il carbone attivo può saturarsi e perdere la sua capacità di adsorbimento. Il carbone può essere utilizzato più volte prima di dover essere sostituito.
La rigenerazione del carbone attivo è il modo più efficace per aumentarne la durata. Questo metodo non solo fa risparmiare denaro nel lungo periodo, ma riduce anche l'impronta di carbonio. Utilizzando meno carbone vergine, si contribuisce a rendere il pianeta più verde.
Cos'è la rigenerazione del carbone attivo
La rigenerazione può essere utilizzata per ripulire un carbone attivo contaminato e anche per prolungarne la durata. La rigenerazione del carbone attivo è un processo che rimuove i materiali adsorbiti dal carbone attivo senza distruggere la struttura originale del carbone.
Prima di scegliere il metodo di rigenerazione del carbone attivo, è importante avere una chiara comprensione dell'oggetto trattato e della scala di trattamento.
Le basi della rigenerazione a carbone attivo sono le seguenti:
- Carbone attivo Riscaldamento esterno per aumentare la temperatura per modificare le condizioni di equilibrio, poiché la quantità di massa adsorbita diminuisce - con l'aumento della temperatura, desorbendo così la massa adsorbita.
- Modifica delle proprietà chimiche dell'adsorbito.
- Questo è un metodo comune per rimuovere un adsorbato da una superficie. L'adsorbato viene estratto con un solvente che ha una forte affinità per esso. Ciò può avvenire lavando la superficie con il solvente o passando il solvente sulla superficie.
- Un'opzione per rigenerare il carbone attivo usato consiste nel sostituire l'adsorbato con una sostanza che ha un'elevata affinità per il carbone. Dopo che la sostanza sostitutiva è stata desorbita, il carbone attivo può essere rigenerato. Questo processo può essere ripetuto più volte per prolungare la vita del carbone.
- Per abbassare la concentrazione (o la pressione) del soluto nel solvente, si possono utilizzare diversi metodi, come l'evaporazione, la distillazione o l'estrazione. In questo modo, l'adsorbato viene desorbito dalla superficie dell'adsorbente e la concentrazione del soluto nella soluzione si riduce.
- La materia organica può essere rimossa dalle superfici mediante decomposizione o ossidazione. La decomposizione è la scomposizione della materia organica in pezzi più piccoli, mentre l'ossidazione è la reazione chimica della materia organica con l'ossigeno. Entrambi i processi possono essere utilizzati per rimuovere la materia organica dalle superfici di carbone attivo.
Metodi di rigenerazione del carbone attivo
Esistono vari metodi di rigenerazione del carbone attivo, come il metodo di rigenerazione termica, il metodo di rigenerazione biologica, il metodo di ossidazione a umido, il metodo di rigenerazione con solventi, il metodo di rigenerazione elettrochimica, il metodo di ossidazione catalitica a umido, ecc. Ogni metodo di rigenerazione ha i propri vantaggi e svantaggi, quindi la scelta di un metodo di rigenerazione per il carbone attivo deve basarsi sulla situazione specifica. Se il carbone attivo è fortemente contaminato, potrebbe essere necessario rigenerarlo più frequentemente, quindi sarebbe preferibile un metodo di rigenerazione che richieda meno tempo e sia più efficace.
Metodo di rigenerazione termica
Il metodo di rigenerazione termica è uno dei metodi di rigenerazione del carbone attivo più maturi del settore. Il vantaggio principale di questo metodo è la sua semplicità e il suo basso costo. Tuttavia, è anche uno dei metodi che richiede più energia e può potenzialmente danneggiare il carbone attivo.
La fase di essiccazione consiste nel rimuovere l'umidità dal carbone attivo mediante riscaldamento, mentre la fase di carbonizzazione ad alta temperatura consiste nel riscaldare il carbone attivo essiccato a una certa temperatura per decomporre la materia organica e rendere la superficie del carbone attivo più porosa. La fase di attivazione consiste nell'utilizzare un agente ossidante per ossidare ulteriormente la superficie del carbone attivo carbonizzato ad alta temperatura, in modo che l'area superficiale specifica del carbone attivo diventi più grande e la capacità di adsorbimento più forte.
Nella fase di essiccazione della produzione di carbone attivo, vengono rimossi principalmente i componenti volatili. Ciò avviene riscaldando il carbone attivo a una temperatura di circa 600 gradi Celsius. In questo modo vengono rimossi l'acqua, l'ossigeno e altri componenti volatili, lasciando il carbone.
La fase di carbonizzazione ad alta temperatura è una parte importante del processo di produzione del carbone attivo. In questa fase, parte della materia organica adsorbita sul carbone attivo bolle, vaporizza e si desorbe, mentre i componenti residui rimangono nei pori del carbone attivo per diventare carbonio fisso. Per evitare l'ossidazione del carbone attivo, il processo viene solitamente eseguito sotto vuoto o in atmosfera inerte.
Questa è la chiave dell'intero processo di rigenerazione. Nella fase successiva di attivazione, CO2, CO, H2 o vapore acqueo vengono introdotti nel reattore per ripulire i micropori del carbone attivo e ripristinare le sue prestazioni di adsorbimento.
La rigenerazione termica è un metodo di recupero del calore di scarto che utilizza il calore di scarto ad alta temperatura per rigenerare un adsorbente per un ulteriore utilizzo. Il processo di rigenerazione termica richiede in genere energia aggiuntiva per il riscaldamento, che può comportare un aumento dei costi di investimento e di esercizio. Tuttavia, il metodo presenta i vantaggi di un'elevata efficienza di rigenerazione e di un'ampia applicabilità.
L'apparecchiatura utilizzata in questo processo è ilforno elettrico per la rigenerazione del carbone attivo e il forno di rigenerazione a gas a carbone attivo. Questo processo utilizza temperature elevate per rimuovere i contaminanti dal carbone attivo.
Metodo di rigenerazione biologica
Questo metodo prevede l'utilizzo di batteri domestici per risolvere la materia organica adsorbita sul carbone attivo e per digerirla e decomporla in H2O e CO2. La riattivazione del carbone usato con questo metodo è chiamata metodo di rigenerazione biologica del carbone attivo. Il vantaggio di questo metodo è che può raggiungere lo scopo di rigenerare il carbone attivo riducendo al contempo i costi di smaltimento dei rifiuti.
La dimensione dei pori del carbone attivo è molto piccola, di solito solo pochi nanometri. Ciò significa che i microrganismi non possono entrare nei pori e che durante il processo di rigenerazione si verifica l'autolisi cellulare (autodistruzione delle cellule). Gli enzimi fluiscono nello spazio extracellulare e il carbone attivo ha un effetto di adsorbimento sugli enzimi, formando un centro enzimatico sulla superficie del carbone. Questo catalizza la decomposizione degli inquinanti e raggiunge lo scopo della rigenerazione.
Il metodo biologico a carboni attivi è semplice e facile da implementare, con bassi costi di investimento e di gestione. Tuttavia, richiede tempi lunghi ed è fortemente influenzato dalla qualità e dalla temperatura dell'acqua.
Metodo di rigenerazione con ossidazione a umido
Il metodo di rigenerazione con ossidazione a umido è una scelta popolare per la rigenerazione del carbone attivo. Ad alta temperatura e pressione, l'ossigeno o l'aria vengono utilizzati per ossidare e decomporre la materia organica adsorbita sul carbone attivo. Il carbone attivo viene quindi estratto dal reattore e lavato. La materia organica viene completamente decomposta e il carbone attivo viene inviato nuovamente all'unità di adsorbimento. L'intero processo viene completato in un ciclo.
Le migliori condizioni di rigenerazione del carbone attivo sono le seguenti: temperatura di rigenerazione 230 °C, tempo di rigenerazione 1 h, PO di ossigenazione 20,6 MPa, aggiunta di carbonio 15 g, aggiunta di acqua 300 mL. L'efficienza di rigenerazione ha raggiunto il 45±5% e dopo 5 cicli di rigenerazione è diminuita solo del 3%.
L'ossidazione parziale dei micropori superficiali del carbone attivo è la ragione principale della diminuzione dell'efficienza di rigenerazione. L'efficienza di rigenerazione del carbone attivo diminuisce quando il carbone è parzialmente ossidato. La ragione principale della parziale ossidazione del carbone attivo è la presenza di ossigeno nell'atmosfera di rigenerazione.
Metodo di rigenerazione con solvente
Il metodo di rigenerazione del carbone attivo con solvente è un processo di rottura dell'equilibrio di adsorbimento mediante la modifica della temperatura, del valore di pH del solvente e di altre condizioni per desorbire il materiale adsorbito dal carbone attivo. Questo metodo sfrutta l'equilibrio di fase tra carbone attivo, solvente e materiale adsorbito. Modificando la temperatura e il valore di pH del solvente, il materiale adsorbito è costretto a lasciare il carbone attivo e a essere raccolto nel solvente.
I vantaggi del metodo di rigenerazione a carbone attivo con solvente sono che il semestre di rigenerazione è breve, l'efficienza di adsorbimento è elevata e non produce inquinamento secondario. I principali svantaggi sono il costo elevato della rigenerazione, la complessità del processo e l'aumento del costo complessivo del trattamento delle acque.
Il metodo di rigenerazione con carbone attivo solvente è più adatto per gli adsorbimenti reversibili, come l'adsorbimento di acque reflue organiche ad alta concentrazione e basso punto di ebollizione. È più mirato, spesso un solvente può desorbire solo alcuni inquinanti, mentre il processo di trattamento delle acque di una vasta gamma di inquinanti, variabile, quindi l'applicazione di un solvente specifico è limitata.
Metodo di rigenerazione elettrochimica
Il metodo di rigenerazione elettrochimica a carbone attivo è un nuovo tipo di tecnologia di rigenerazione a carbone attivo. In questo metodo, il carbone attivo viene riempito tra due elettrodi principali e all'elettrolita viene aggiunto un campo elettrico in corrente continua. Sotto l'azione dell'ossidazione e della riduzione elettrochimica, la materia organica adsorbita sul carbone attivo viene degradata o decomposta e il carbone attivo viene rigenerato. Il vantaggio di questo metodo di rigenerazione è che può essere eseguito in breve tempo e l'efficienza di utilizzo del carbone attivo è migliorata. Questo metodo è anche più rispettoso dell'ambiente rispetto ad altri metodi di rigenerazione, in quanto non produce sottoprodotti nocivi.
Il carbone attivo viene polarizzato sotto l'azione di un campo elettrico, con un'estremità come anodo e l'altra come catodo, formando una cella microelettrolitica.
Il metodo di rigenerazione elettrochimica a carboni attivi è facile da utilizzare, ha un'elevata efficienza e un basso consumo energetico; il suo oggetto di trattamento è soggetto a minori limitazioni e, se il processo di trattamento è perfetto, è possibile evitare l'inquinamento secondario.
Metodo di ossidazione catalitica a umido
Il metodo tradizionale di ossidazione a umido per rigenerare il carbone attivo ha un'efficienza relativamente bassa e un grande consumo energetico. La ragione principale della bassa efficienza di rigenerazione è la temperatura di rigenerazione. Tuttavia, aumentando la temperatura di rigenerazione aumenta anche l'ossidazione superficiale del carbone attivo, riducendo così l'efficienza di rigenerazione.
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