常用吸附劑及其回收再生技術研究

＊左雨欣 任曉聰

（湖北大學知行學院生物與化學工程學院 湖北 430014）

吸附劑的再生對節省環境治理等方面的投入成本和減少環境污染有著重要意義。吸附劑在吸附一種或多種有害雜質后，自身也就成了有害的物質，采取合適的處理后方可重復利用[1]。具體采用哪種再生方法，主要取決于吸附劑的種類及被吸附雜質的特性。

吸附法能有效去除水體或大氣中微量污染物，與其他方法相比較，吸附法在處理過程中具有明顯的優勢，但吸附劑的再生是吸附法推廣應用中面臨的關鍵問題。所謂吸附劑的再生，是指運用有效的方法對飽和吸附劑進行脫附，在不破壞吸附劑原本結構的前提下，釋放吸附位點，恢復其吸附能力，從而達到循環利用的目的。

1.常用吸附劑

(1)活性炭

活性炭是一種經多工序制備得到的具有大量微孔結構、比表面積大、化學性能穩定的綠色環保吸附劑[2]。因其良好的吸附性能，所以在廢水處理、環境治理、空氣凈化等領域發揮著重要作用。

目前在工業生產過程中絕大多數活性炭經一次利用后就被廢棄、掩埋或焚燒，造成了嚴重的環境污染與大量的資源浪費，這與我國當前倡導的可持續發展戰略目標不適應。這使得活性炭在推廣使用中受到嚴重限制。為緩解現狀，探索廢炭的再生并重復使用、實現活性炭壽命的延長意義重大[3]。

(2)硅膠

硅膠是一種具有空間立體網狀結構的固態吸附劑、比表面積大、孔隙結構豐富。硅膠主要由二氧化硅（SiO2）組成，化學性質穩定。硅膠具有吸附性能好、可循環使用、性質穩定、高效環保等特點，受到廣泛的關注并被運用于大量的研究中[4]。但硅膠因其結構特性也存在的一定的缺點：如不耐高溫，一旦超過額定溫度會不可逆性失活；機械強度不理想，應用過程中會發生粉化。

(3)沸石

對于沸石，其吸附作用很大程度上取決于其龐大的比表面積，當沸石的孔隙率和表面活性發生變化時，其吸附能力和離子交換能力也會明顯提高，此類吸附主要是化學吸附[5]。沸石晶體中有許多相同大小的孔道結構，比表面積大。沸石是具有骨骼結構的多孔含水鋁酸鹽晶體的一類物質。沸石具有特殊的硅（鋁）氧四面體結構，因其有龐大的比表面積，良好的吸附性能。

(4)活性氧化鋁

活性氧化鋁（Al2O3）具有大量孔隙結構、較大的比表面積[6]，因此具備良好的吸附能力，外形多為白色球形，孔徑一致，外表光滑，具有較高機械強度，吸附后不脹大、表面不開裂。

2.回收再生技術

(1)熱再生法

熱再生法的原理是利用高溫條件下，使其中的吸附質炭化，經一系列處理后，最終轉化為氣態從吸附劑中去除[7]。經調查對比發現，熱再生法具有吸附劑再生率高，再生時間短且對環境污染小等特點。但在運用過程中，存在處理后吸附劑表面積減小、吸附劑損失大等劣勢，此外，該技術對生產所需設備要求十分嚴格，實際運用費用高，限制了該法在實際生活生產中的推廣使用。

(2)微生物再生法

微生物再生法是指將經過特殊培養方法得到的微生物用于處理吸附在吸附劑表面的雜質的再生技術，雜質最終氧化分解為二氧化碳和水[8]。微生物再生法的適用范圍具有一定局限性，脫附效果取決于吸附質的性質，對易于被微生物降解、易脫附且為可逆吸附的吸附質效果較好。該方法雖然操作簡單、不損害吸附劑的結構、對環境友好；但許多吸附難以被降解、所需微生物要專門培養，同時再生所需時間長。

(3)溶劑萃取法

溶劑萃取法是指運用化學試劑與吸附質之間存在化學反應使吸附質溶解于溶劑相中從而分離出吸附質的再生技術[9]。該技術對吸附劑結構破壞性小，但一種萃取溶劑只特定性的針對一些吸附質，如果吸附質組成復雜，就必須采用多種萃取劑混合脫附。同時，處理后的吸附劑吸附位點并未得到完全釋放，處理過程中被萃取出來的吸附質沒有被去除，只是被轉移到了萃取劑中，對后續處理造成困難。

(4)超聲波再生法

此法利用超聲波作用，對吸附劑施加能量，使吸附劑與吸附質之間的結合力減小，從而發生脫附再生[10]。超聲波再生法耗能少、操作簡單可行、作用效果統一、便于對有用物質的回收。如果吸附劑的機械強度低，在超聲波作用下吸附劑的孔隙結構被一定程度的破壞，但在整個過程中超聲波對吸附劑的影響不大。超聲波再生法時間短、減小了對環境的污染和資源浪費，具有廣闊的研究前景。

(5)微波再生法

該技術原理雖與熱再生工作原理相似[11]，但是應用上與熱再生處理方法又有一定的區別。吸附劑吸附的污染物具有較好的吸收微波的能力，利用微波作用產生高溫，吸附在吸附劑表面的吸附質被炭化或被燃燒分解。微波再生法具有環保高效、耗時短、操作簡便、再生效率好等優點，但在運用上的研究實踐較少，該方法將成為吸附劑再生技術研究熱點。

(6)超臨界流體再生法

超臨界流體是指溫度和壓力均超出臨界狀態的流體，既非液體也非氣體。超臨界流體對溫度和壓力的變化十分敏感，利用這一特性通過改變溫度或壓力使吸附質的溶解能力改變，從而實現脫附再生[12]。選擇合適的萃取劑對該技術的應用起決定性作用，目前采用二氧化碳作為萃取劑。超臨界流體再生法的優點是不改變物質原本的性質、吸附劑再生效果好、對吸附質的結果基本無損害，但缺點是需要特定的設備且需耐高溫，該技術還處于試驗階段，還需大量的研究后方可投入使用。

3.吸附劑再生法存在的問題以及解決方法

(1)存在的問題

目前，環境治理問題成為制約社會發展的關鍵因素，吸附劑吸附是對環境治理的有效手段。吸附劑再生技術雖在試驗階段取得了較好的效果，但有些技術還僅僅停留在理論層面，在實踐過程中遇到的難題丞待解決，比如：

①根據吸附劑應用的場景不同，吸附質也存在差異，當前再生技術不具有通用性，無法同時處理多種雜質，使得吸附再生技術的發展受到了一定的制約。

②采用已有的再生技術對吸附劑進行再生處理后吸附容量明顯下降，難以達到再生運用標準。

③目前關于吸附劑再生技術機理的研究和技術的創新較少，使得吸附劑再生在技術層面難有大突破，難以適應日益增大的需求量。

④僅重視對技術的研究，而忽視了對吸附劑再生處理后的討論，如；吸附劑與再生環境的分離問題的討論，需要探索高效的分離技術，使前期再生處理有意義。

(2)解決方法

針對吸附劑再生技術在實際運用過程中遇到的難題，必須及時進行反思并采取應對措施。打破思維定式，探索創新方法，不斷完善目前已有的技術，這樣才能有效改善吸附劑再生技術現況。同時通過不斷的學習，加快吸附劑再生技術研發進程。

4.展望

各種再生技術各有其優缺點，在應用中應根據吸附劑種類和吸附質的特性選擇適用的再生技術。隨著吸附劑的應用逐漸走向工業化，吸附劑再生技術的持續更新，吸附劑再生技術必將會得到大量的工業應用。在實際生產中污染物逐漸趨于多樣化，由此運用再生法處理吸附劑時可采用多種技術聯合使用的手段，以達到更好的處理效果。近年來，多種新興再生技術剛剛起步在今后的發展中加以完善很可能成為日后再生的核心技術。在日益嚴苛的環境治理條例和綠色化工生產的背景下，使新興技術的研發朝著節能環保、效果佳、安全的理想化狀態靠攏是大勢所趨更是實現再生技術廣泛應用的核心所在。