Cos'è il carbone attivo
Il carbone attivo, noto anche come carbone attivo, è una forma di carbone che è stata lavorata per avere un'elevata superficie e un'alta struttura dei pori. Si ottiene da una varietà di materiali, tra cui legno, carbone e gusci di noce di cocco, che vengono carbonizzati e poi trattati con un agente ossidante, come vapore o aria, per aumentarne la superficie e la porosità.
Il carbone attivo ha una struttura altamente porosa, con molti piccoli pori interconnessi che gli conferiscono un'ampia superficie. Ciò gli consente di adsorbire, ovvero di attrarre e trattenere, un'ampia gamma di impurità e contaminanti da gas e liquidi. È comunemente utilizzato in diverse applicazioni, tra cui la purificazione dell'acqua, la purificazione dell'aria e la rimozione dei contaminanti dai flussi dei processi industriali.
Il carbone attivo è un adsorbente altamente efficace e viene utilizzato in un'ampia gamma di settori, tra cui quello chimico, farmaceutico, alimentare e delle bevande e ambientale. Viene utilizzato anche nei prodotti di consumo, come i filtri per l'acqua e i depuratori d'aria.
Perché la rigenerazione del carbone attivo
La rigenerazione del carbone attivo è il processo di ripristino della capacità di adsorbimento del carbone attivo usato o esaurito. Il carbone attivo diventa meno efficace nell'adsorbire le impurità nel corso del tempo, poiché si satura di contaminanti. Quando ciò accade, il carbone attivo deve essere rigenerato per ripristinare la sua capacità di adsorbimento.
La rigenerazione del carbone attivo è necessaria per diversi motivi:
- Costo: La rigenerazione del carbone attivo usato è generalmente meno costosa dell'acquisto di carbone attivo nuovo, il che la rende un'opzione economicamente vantaggiosa.
- Sostenibilità: Rigenerare il carbone attivo usato invece di smaltirlo e acquistarne di nuovo aiuta a ridurre i rifiuti e a preservare le risorse.
- Prestazioni: La rigenerazione del carbone attivo usato può ripristinare la sua capacità di adsorbimento, consentendogli di funzionare al suo livello ottimale.
In generale, la rigenerazione del carbone attivo è un processo importante che contribuisce a garantire un uso efficiente ed economico del carbone attivo, promuovendo al contempo la sostenibilità e le prestazioni ottimali.
Metodi comuni di rigenerazione del carbone attivo
Esistono diversi metodi comuni utilizzati per rigenerare il carbone attivo:
Rigenerazione termica del carbone attivo
Il metodo di rigenerazione termica può essere generalmente suddiviso in tre fasi: la prima è la fase di essiccazione del carbone attivo saturo. Il carbone attivo usato contiene una grande quantità di acqua, circa il 50%. La fase di essiccazione fa evaporare l'acqua nei pori e la materia organica a basso punto di ebollizione mediante riscaldamento.
Segue la fase di carbonizzazione del materiale adsorbito. La temperatura di questa fase è di 350°C. Lo scopo di questa fase è quello di carbonizzare le sostanze volatili nei pori del carbone attivo e le sostanze organiche con alto punto di ebollizione; le sostanze organiche con alto punto di ebollizione vengono decomposte e carbonizzate nei pori del carbone attivo.
Infine, il carbone attivo viene attivato. In questa fase, la temperatura è compresa tra 800 e 1000℃ e il carbone lasciato nella fase precedente viene ossidato dall'anidride carbonica e dal vapore acqueo per decomporsi. Alcuni studiosi hanno utilizzato questo metodo per rigenerare il carbone attivo usato da un'azienda farmaceutica e hanno migliorato il processo per raggiungere le condizioni migliori, dimostrando che la resa del carbone attivo rigenerato poteva raggiungere l'86,9% e il tasso di decolorazione il 99,94%.
Il metodo di rigenerazione termica presenta i vantaggi di una breve durata del processo, di un elevato tasso di rigenerazione e di non dover ricorrere all'uso di carbone attivo di scarto. Il metodo di rigenerazione termica presenta i vantaggi della brevità del processo, dell'elevata velocità di rigenerazione, dell'assenza di selettività per l'uso precedente di carbone attivo di scarto, dell'uso universale del recupero del carbone attivo per varie applicazioni e dell'assenza di liquido di scarto generato durante il processo di rigenerazione. Il processo di rigenerazione non produce alcun liquido di scarto. Il principale inquinamento generato è quello dei gas di scarico.
Forno elettrico di rigenerazione del carbone attivo è l'apparecchiatura principale per la rigenerazione termica del carbone attivo.
Rigenerazione con solvente
Il principio di base del metodo di rigenerazione a solvente è quello di rompere la relazione di equilibrio tra carbone attivo, adsorbente e solvente, principalmente modificando il pH, la temperatura e l'umidità del solvente, in modo da rompere la relazione di equilibrio di fase originale e desorbire l'adsorbente dal carbone attivo.
Il metodo di rigenerazione con solventi può essere suddiviso in metodo di rigenerazione con solventi inorganici e metodo di rigenerazione con solventi organici in base ai diversi solventi utilizzati, che possono essere realizzati principalmente con i seguenti metodi: cambiando la natura dell'adsorbente attraverso l'interazione tra il solvente e l'adsorbente; utilizzando un solvente la cui affinità per l'adsorbente è maggiore dell'affinità del carbone attivo per l'adsorbente Il sorbente viene estratto con un solvente che ha un'affinità maggiore per il sorbente rispetto al carbone attivo.
La tecnica di rigenerazione con solvente produce principalmente flussi di rifiuti inorganici acidi o alcalini e flussi di rifiuti organici, di cui i flussi di rifiuti inorganici possono essere trattati mediante neutralizzazione.
rigenerazione biologica
La biorigenerazione ha una lunga storia e viene utilizzata in diversi settori tradizionali fin dagli anni '70. Il metodo di rigenerazione biologica è stato ampiamente utilizzato in molti campi tradizionali fin dagli anni '70.
L'idea principale della biorigenerazione è quella di trattare i rifiuti di carbone attivo con ceppi di batteri coltivati, che decompongono il materiale adsorbito e lo trasformano in acqua e anidride carbonica allo scopo di rigenerare i rifiuti di carbone attivo.
La struttura microporosa del carbone attivo ha una piccola dimensione dei pori, la più piccola è solo di pochi nanometri, quindi il batterio non può entrare, quindi, il processo di rigenerazione dell'autolisi cellulare del microrganismo, l'enzima cellulare del microrganismo si attacca alla superficie del carbone attivo per formare un centro enzimatico, in modo che la decomposizione dell'adsorbente, e infine raggiungere lo scopo della rigenerazione.
Metodo di rigenerazione con ossidazione a umido e metodo catalitico di rigenerazione con ossidazione a umido
Il metodo di rigenerazione con ossidazione a umido è stato originariamente applicato soprattutto nel trattamento delle acque reflue, dove l'aria o l'ossigeno puro vengono introdotti per ossidare il materiale adsorbito nella fase liquida. Il metodo di rigenerazione per ossidazione a umido è stato originariamente applicato al trattamento delle acque reflue, introducendo aria o ossigeno puro per ossidare e decomporre il materiale adsorbito nel carbone attivo esaurito in fase liquida.
La rigenerazione per ossidazione a umido viene effettuata ad alta temperatura e pressione ed è generalmente suddivisa in due fasi: la fase di controllo del trasferimento dell'ossigeno e la fase di controllo della cinetica di reazione.
Il metodo di rigenerazione catalitica a ossidazione umida, invece, migliora l'efficienza della rigenerazione e riduce il consumo energetico del metodo di rigenerazione a ossidazione umida aggiungendo un catalizzatore.
Il processo di rigenerazione per ossidazione a umido di catalizzatori di rame preparati per impregnazione con carbone attivo di scarto catalitico non omogeneo può migliorare l'efficienza di rigenerazione del 10% e ridurre il tempo di rigenerazione del 10% rispetto al processo non catalizzato.
Questo metodo comporta l'inquinamento da polveri e rifiuti solidi, per i quali è necessario attuare una gestione integrata di generazione, raccolta e stoccaggio; i rifiuti pericolosi generati nel processo possono essere consegnati alle unità qualificate competenti per il trattamento.
Rigenerazione elettrochimica
Esistono due principali percorsi di processo per la rigenerazione elettrochimica, la differenza tra i due è il reattore utilizzato. Uno è un reattore a vasca agitata intermittente e l'altro è un reattore elettrochimico a letto fisso.
La rigenerazione elettrochimica non è un semplice sistema di elettrodi bidimensionale, ma un sistema di elettrodi tridimensionale ripolarizzato. Sotto l'azione del campo elettrico esterno, il carbone attivo viene ripolarizzato, formando un gran numero di microcelle elettrolitiche, e le particelle adsorbite su questo carbone attivo ripolarizzato subiscono reazioni redox.
Grazie all'enorme numero di microcelle elettrolitiche, è possibile ottenere un'elevata efficienza di rigenerazione. Il metodo di rigenerazione elettrochimica può raggiungere efficienze di rigenerazione del 90% +.
Il potenziale inquinante di questo metodo è la perdita o l'emissione di elettrolita. L'elettrolita è generalmente selezionato come mezzo acido o alcalino, quindi la soluzione alcalina o acida corrispondente può essere selezionata per neutralizzare e trattare l'elettrolita quando viene trattato e poi scaricato in un'unità con qualifiche rilevanti per il trattamento delle acque reflue per il successivo trattamento.
Metodo di rigenerazione con radiazioni ultraviolette a microonde
Il metodo di rigenerazione con radiazioni UV a microonde consiste nell'aggiungere l'irradiazione di luce UV per convertire la materia organica desorbita in diossido di carbonio e acqua e altre sostanze inorganiche semplici; l'irradiazione di luce UV può migliorare ulteriormente il metodo a microonde L'effetto termico del metodo a microonde.
Il tasso di rigenerazione del carbone attivo adsorbito con nitrobenzene solfonato di sodio può raggiungere più del 99% a una potenza di 500 w e una portata d'aria di 0,024 m3/h utilizzando le microonde UV.
L'inquinamento principale del metodo di rigenerazione a microonde UV è l'inquinamento dei gas di scarico, che comprende l'adsorbente non reagito e l'anidride carbonica e l'acqua dopo la reazione, che possono essere trattati con il trattamento dei gas di coda per ripetere la reazione dell'adsorbente non reagito e purificare i gas di coda dopo la reazione completa.
Quale scegliere
Ci sono diversi fattori da considerare quando si sceglie uno schema di rigenerazione a carbone attivo:
- Costo: Occorre considerare il costo dello schema di rigenerazione, compreso l'investimento iniziale per le apparecchiature e i costi operativi correnti.
- Capacità: La capacità dello schema di rigenerazione, ovvero la quantità di carbone attivo che può rigenerare in un determinato periodo di tempo, deve essere considerata in relazione alle esigenze dell'impianto.
- Efficienza: Si deve considerare l'efficienza dello schema di rigenerazione, ovvero la quantità di impurità e contaminanti che può rimuovere dal carbone attivo.
- Impatto ambientale: Si deve considerare l'impatto ambientale dello schema di rigenerazione, comprese le emissioni o i rifiuti generati.
- Requisiti normativi: Nella scelta di uno schema di rigenerazione occorre tenere conto di eventuali requisiti o standard normativi da rispettare.
In generale, è importante valutare attentamente i costi, la capacità, l'efficienza, l'impatto ambientale e i requisiti normativi dei diversi schemi di rigenerazione a carbone attivo per determinare l'opzione migliore per un determinato impianto.
ON-SITE VS. FUORI SITO
La rigenerazione del carbone attivo può essere eseguita in loco o fuori sede, a seconda delle esigenze e delle risorse dell'impianto che utilizza il carbone attivo.
La rigenerazione del carbone attivo in loco si riferisce al processo di rigenerazione del carbone attivo usato presso l'impianto in cui viene utilizzato. Ciò consente all'impianto di rigenerare il carbone attivo secondo le necessità, senza doverlo trasportare in un luogo esterno. La rigenerazione in loco può essere più comoda ed economica, in quanto riduce i tempi e le spese di trasporto.
La rigenerazione del carbone attivo fuori sede si riferisce al processo di rigenerazione del carbone attivo usato in un luogo separato, come un impianto di rigenerazione o un fornitore di servizi terzo. Ciò può essere necessario se l'impianto non dispone delle attrezzature o delle risorse necessarie per eseguire la rigenerazione in loco. La rigenerazione fuori sede può essere più costosa a causa del costo aggiuntivo del trasporto, ma può essere una buona opzione per gli impianti con una quantità limitata di carbone attivo usato che non giustifica il costo delle attrezzature di rigenerazione in loco.
In generale, la decisione di eseguire la rigenerazione del carbone attivo in loco o fuori sede dipenderà dalle esigenze e dalle risorse specifiche dell'impianto che utilizza il carbone attivo.
CONCLUSIONE
In generale, la tecnologia di rigenerazione del carbone attivo può contribuire a ridurre i costi, promuovere la sostenibilità, migliorare le prestazioni e offrire convenienza nell'uso del carbone attivo.
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