屈琳琳，杨 博，王树伟

（河北石油职业技术大学，河北 承德 067000）

引言

活性炭是绿色生态产业中必不可少的一环，是应用范围最广的吸附剂，可以有效地吸附工业和医药等领域废弃物中的重金属离子和有机污染物等物质[1]。但活性炭在吸附过程中易饱和，达到饱和状态的活性炭工作性能迅速下降，同时存在现有资源浪费以及二次污染的问题[2]，限制了活性炭的产业化推广。目前，我国对吸附饱和的活性炭通常采取的再生法的工作原理是打破原有的吸附平衡，在不改变活性炭孔隙结构等理化方面性能的前提下同时恢复其吸附能力。通过再生，可实现固废资源二次利用，并避免了直接焚烧废活性炭带来的环境污染问题。本文主要梳理了饱和活性炭各类再生方法的原理及适用条件，同时对新兴活性炭再生技术特点进行总结，最后对活性炭再生应用工业产业化前景提出展望。

1 物理再生

1.1 热再生法

目前工业上应用最为广泛的活性炭再生方法是热再生法，其工作原理是通过加热破坏饱和活性炭的吸附平衡，从而使吸附在活性炭表面的有机物炭化分解达到去除残留吸附物的目的。在一定温度区间范围内（通常为200 ℃～800 ℃），活性炭上吸附的有机物质会以挥发、分解、炭化的形式从吸附剂表面上消解[3-4]，因此可通过高温加热消解的方式对饱和活性炭进行再生利用。应用热解法过程中会产生一定量有害气体，且每再生一次，活性炭损失较大且能耗较高，存在着高耗能、炭流失和再生设备要求高等不足之处。

1.2 超声波再生法

饱和活性炭超声波再生法的工作机理是在溶液中通过超声波的空化作用产生具有较高能量的空化气泡，通过气泡爆裂产生的高压冲击能量，使附着在活性炭表面的有机物经过热解和氧化作用产生有效分离。连子如[5]在进行焦化废水饱和活性炭的超声波再生法研究时发现，超声频率在33 kHz 以下、超声时间维持10 min 后，活性炭可达到脱附再生，但脱附率较低；在使用自来水进行焦化废水生化出水稀释处理时，当生化出水与自来水的体积配比为一定值时，附着在活性炭表面的有机物脱附率有较大幅度上升。

1.3 微波再生法

微波再生法与热再生法的工作机制类似，都是通过加热的方式破坏饱和活性炭的吸附平衡，从而使活性炭表面的吸附物质炭化分解达到去除残留吸附物的目的，从而实现活性炭的再生[6]。相比于热再生，微波再生与之最大的区别在于微波与介电材料之间的升温方式，同时经过微波再生法处理的废活性炭，其活性恢复情况良好，活化后的吸附性能较新炭相比差异较小[7]。微波再生法的特点在于加热速率快且均衡，同时节能效率高。此外，微波与其他再生技术耦合联用也呈现出较好的协同效果，如电凝—活性炭吸附—微波再生处理工艺、紫外线-微波再生工艺等。

1.4 生物再生法

生物再生法是一种利用微生物菌种来消解吸附在活性炭表面上的有机物同时使活性炭恢复吸附性能的再生方法。尤涛[8]认为在应用生物再生法进行饱和活性炭处理时，吸附质特征、吸附条件以及微生物特性均会影响到饱和活性炭的再生效率，综合分析多因素之间的相互作用关系对于活性炭再生效果的影响，应成为生物再生法探究的重点。

生物再生法适用范围具有一定的局限性，由于微生物菌种对于吸附质的处理具有较强的针对性，需要将菌种进行专门的驯化，因此在应用生物再生法处理一些难以被微生物降解的有机吸附质时会存在一定限制。

2 化学再生

2.1 溶剂再生法

溶剂再生法的工作机制是通过一定的控制条件（例如溶剂的pH 值、温度等）将原有的吸附平衡破坏，使吸附的有机物从活性炭孔隙中解吸出来。针对化学溶剂再生法，溶剂、活性炭和吸附在活性炭上的有机物三者之间的相平衡作用是影响饱和活性炭再生率的直接因素，因此该方法对化学吸附为主的吸附剂再生效果有限。

溶剂再生法具有炭耗损较少、操作简便、高效节能，经济性较好等优点，但其应用范围较窄，且吸附剂多次再生后吸附性能显著下降，同时存在再生溶液处置不当易造成二次污染的问题。此外，活性炭表面可能会被某些化学溶剂腐蚀导致其孔隙结构遭到破坏，从而降低了活性炭的物理性能以及吸附容量。

2.2 电化学再生法

电化学再生法是一种简单、再生效率高、无二次污染的活性炭再生技术，其工作机制与电化学系统中由电场引起的变化关联紧密，应用电化学再生法进行再生循环的主要是颗粒活性炭。俞乙平在对含污废水中的颗粒活性炭进行再生机制研究时发现，电流密度、再生时间、电解质、电解质质量浓度、酸碱度和再生位置对于再生效率有重要影响。电流密度在一定限值内时，由于电流密度的增加提高了氧化速度进而脱附效果加大；再生位置处于活性炭的不同极位其再生效率也不同，阴极一般比阳极高出5%～20%。

2.3 湿式氧化再生法

湿式氧化再生法的工作机理是在高温高压的外部条件下，吸附饱和的活性炭中通入空气与氧气，氧化分解同一状态下吸附剂里的吸附质。在应用湿式氧化再生法进行活性炭处理时，一般分为两阶段进行，即氧气传质控制阶段以及反应动力学控制阶段。为提升湿式氧化再生法的再生效率以及达到降低能耗的效果，通常采用添加化学催化剂的方式，即催化湿式氧化再生法。

湿式氧化再生具有再生时间短、活性炭损耗率低、再生过程中无需另外加热等优点，但是同时也存在着设备要求高、处理废活性炭产生的废弃需要进行二次处理等缺点。

2.4 臭氧氧化再生法

氧化再生法是利用氧化剂来进行氧化分解作用从而消除吸附在活性炭表面的有机物，臭氧氧化再生法就是以臭氧作为氧化剂来进行吸附质的处理。臭氧氧化再生活性炭过程中，臭氧含量是影响再生效率的重要参数指标：臭氧不足将影响氧化剂的效用，使被吸附的有机物难以被充分氧化，而臭氧过量将造成活性炭表面的化学基团被氧化改性。通过相关实验发现，初期通入臭氧会使活性炭比表面积有一定量的增加，但持续注入20 h 臭氧后，活性炭表面的微孔结构受损，比表面积开始降低，同时处理效果也随之下降。

3 再生新兴技术

3.1 光催化再生

光催化再生法是在吸附剂（活性炭）的生产过程中掺入光催化剂，制成光催化复合材料，使吸附剂的吸附性能与TiO2的光活性结合起来，通过二者协同作用产生光化学反应，将吸附剂表面的有机物被氧化分解为二氧化碳、水以及其他无机物，从而实现吸附剂的原位再生。

光催化再生法具有很多优点，如工艺实现过程简单设备操作方便、在紫外线照射下吸附饱和的光催化复合活性炭即可实现原位再生、活性炭的损耗较小等；但也面临着再生过程耗时较长的缺陷。

3.2 超临界流体再生法

超临界流体具有液体和气体的双重特性，具有很强的溶解能力和良好的流动、传递性能。超临界流体再生法就是利用超临界流体的高溶解度，将其作为萃取剂对吸附剂上的有机物进行萃取进而实现溶液溶质的分离，以达到活性炭再生效果，二氧化碳是超临界流体再生法中常用的萃取剂之一。该方法的优点是对再生时外部温度条件要求不高，普通温度下即可达到比较理想的再生效率，并且多次再生并不影响吸附剂原有的吸附性能。

3.3 多技术耦合再生方法——臭氧辅助低温废炭再生

臭氧辅助的低温废炭再生法是一种新兴多技术联用再生方法，通过低温进行预处理，同时引入臭氧作为氧化催化对饱和废弃活性炭进行再生处理的方法。与传统热解法相比，该方法在一定程度上解决了传统热解法在加热时间长和温度高引起的高能耗问题，提高废炭再生效率。将臭氧再生法应用于低温再生处理的废炭之后，对低温废炭再生技术进行改进，提高了臭氧的能量利用率，增强了活性炭上吸附质的脱附和降解效果。

4 应用展望

由于现有的废活性炭再生方法均存在不同程度的相关技术短板，故饱和活性炭再生并没有真正得到大范围推广应用，这是因为在饱和活性炭再生过程中，损失率、重复使用情况以及再生效率是饱和废弃活性炭再生工艺实现工业产业化需要着重考虑的内容。

在实际工业生产过程中，针对活性炭再生方法的选择，可以将两种或多种再生方法进行耦合作用，以期达到更优化的再生效率和效果，比如采用电热再生法、电臭氧再生法等来解决再生技术中瓶颈问题。同时需要对活性炭再生成本进行核算，影响再生成本的因素主要包括设备投入、人工费用、动力和燃料费、分析和检测费用等。随着相关的理论和技术的不断完善，活性炭再生技术适用范围得到进一步推广，在未来逐步实现工业产业化。