甘氨酸母液脫色后廢活性炭的再生技術概述

韓 萌， 龔文照， 張 偉， 赫瑞元， 趙 廣， 李 鑫， 楊仁俊， 毋 楠， 李偉斌， 袁秋華

(陽泉煤業(集團)有限責任公司化工研究院，山西 太原 030021)

1 活性炭簡介

活性炭材料，是經一系列加工處理所得的無定形碳[1]，是一種重要的吸附劑，對溶液及氣體中的各種物質及膠體顆粒等都能較好的吸附，廣泛應用于化工、環保等領域，特別在污水處理方面發揮著不可忽視的作用[2]。隨著活性炭的廣泛使用，產生的廢活性炭也引發了環境污染問題。因此，對活性炭再生利用已成為目前研究的重點[3]。

2 脫色甘氨酸母液廢活性炭性質

甘氨酸又稱氨基乙酸，廣泛應用于農藥、食品等領域[4-5]。在甘氨酸的工業生產中，會產生大量的有色雜質，若想保證產品外觀及品質，需用大量活性炭對甘氨酸進行脫色以便對有色雜質進行脫除。在甘氨酸的脫色過程中，母液經多次循環后，除含有甘氨酸、羥基乙酸外，還含有較多的有機胺聚合物和各種無機鹽，這些成分的積累將造成甘氨酸母液的黏度變大、顏色加深。因而，在甘氨酸脫色工藝中產生的廢活性炭，其成分非常復雜，該類廢活性炭的再生存在極大困難[6]，需選擇合適的方法對廢活性炭進行有效的再生。

3 活性炭再生理論及方法

甘氨酸母液脫色所產生的廢活性炭，通常的處理方式有兩種，一是將其堆放、轉移、掩埋或焚燒。二是采用各種方法對其進行再生[7]。為減少污染，將活性炭進行再生是一種較佳的方式。

活性炭再生，指在保持活性炭原有結構不變的前提下，運用各種方法，將吸附飽和的活性炭表面、孔道內的吸附質脫除，達到恢復活性炭吸附性能、使之能重復利用的目的[8]。

研究人員已經對廢活性炭再生方法作了大量研究，現將常見的活性炭再生方法列舉如下：

3.1 熱再生法

熱再生法是目前工業上應用最廣泛的廢活性炭再生方法。它的原理是將廢活性炭加熱至高溫，使吸附質發生解吸或氧化降解，最終從活性炭的基質上消除。熱再生法再生效率高，時間短，但再生過程中炭的損失較大，再生后的活性炭吸附效率也會降低，再生過程能耗高，運行成本大[9]。

3.2 生物再生法

生物再生法的原理是通過在活性炭上培養微生物以降解活性炭表面的吸附質，使之分解生成CO2和H2O，從而實現活性炭再生。該方法操作簡單、成本低、能耗低，但活性炭再生時間長，并且其對溫度和pH值的條件要求高，制約了該方法在工業上廣泛應用[10]。

3.3 濕式氧化再生法

濕式氧化再生法是指在高溫高壓的條件下，用氧氣或空氣作為氧化劑，降解活性炭上吸附的有機物。若在體系中加入合適的催化劑，可大幅降低有機吸附質的分解溫度，達到低溫再生減少能耗的目的。濕式氧化方法工藝簡單、能耗低，炭損失量低，但該方法的反應壓力和溫度須按照吸附質的性質來確定，對反應條件及設備要求較高，因此在工業上推廣使用難度較大[11]。

3.4 化學藥劑再生法

化學藥劑再生法主要分為無機藥劑再生和有機藥劑再生。該再生方法針對性強，對設備要求低，活性炭損失小，但化學藥劑再生法一般只能針對某單一物質再生，通用性差，還存在再生液二次污染的問題[12]。

3.5 超聲波再生法

超聲波再生法通過對活性炭的吸附表面施加能量，使吸附在活性炭表面的物質脫離活性炭的吸附表面，從而達到活性炭再生的目的。該方法工藝簡單，能量消耗低，再生過程炭損失少。但該方法主要以物理脫附為主，再生效率較低[13]。

3.6 電化學再生法

電化學再生法目前還處于研究階段，是一種新型的活性炭再生技術。活性炭在電場的作用下，活性炭中的吸附質通過擴散、電遷移及電解氧化還原反應實現活性炭的再生。該方法操作簡單、能耗低、效率高，而且無二次污染[14]。但在實際運行中，金屬電極易被腐蝕、鈍化，產生的絮凝物容易將活性炭孔道堵塞。

3.7 超臨界流體再生法

物質的溫度和壓力高于其臨界溫度和臨界壓力時，稱為超臨界流體。超臨界流體密度大、表面張力小、溶解度大、擴散性能好，若利用超臨界流體作為溶劑，將甘氨酸脫色后廢活性炭中吸附的有機化合物溶出，可以實現廢活性炭的再生。活性炭再生完成之后，可以通過改變超臨界流體溫度及壓強，實現有機物同流體的分離，同樣實現超臨界流體的再生。該方法目前還處于研究階段。

3.8 光催化再生法

在一定波長范圍光的作用下，光催化劑產生強氧化性物質，通過光化學反應將甘氨酸母液脫色后的廢活性炭上的有機物氧化分解，從而恢復廢活性炭的吸附性能。該工藝工藝流程簡單，能耗低，但處理耗時長，處理效果有待提高[12]。

除了以上列舉的幾種再生方法外，還有紅外加熱再生、浮選再生法、活性炭強制放電再生法等，但大多仍處于研究階段，未在生產中廣泛應用[15-16]。

4 結語

將脫色甘氨酸母液的廢活性炭進行再生，可很好地解決廢棄活性炭轉移和回收過程環境污染嚴重的問題，具有重大意義。本文介紹了甘氨酸母液脫色廢活性炭再生的幾種方法，以期對甘氨酸生產過程中廢活性炭的再生提供一些參考。