活性炭載異丙醇的超聲再生

　　電子工業在近代發展中是比較重要的，但是會產生含有各種有機溶劑的廢水。這包括異丙醇，它是通過活性炭吸附法從排放到環境中之前回收。活性炭由于其微孔特性，高表面積和表面化學性質，通常被用作低濃度有機污染物如異丙醇的吸附劑。隨著活性炭吸附越來越多的被吸附物，就會達到飽和點。這個時候就需要解吸吸附來進行活性炭的再生，不然只能將飽和的活性炭掩埋或焚燒處理。這項研究的目的是測試活性炭負載異丙醇超聲再生的可行性和有效性，進行了4個循環的吸附-解吸測試，以測試多個循環的再生效率。

　　活性炭對異丙醇的吸附

　　異丙醇在水溶液中的吸附是在裝有雙圓柱形夾套，等溫控制器和熱電偶的500mL玻璃燒杯中進行的，以將溶液溫度保持在25±1°C。將反應器放置在磁力攪拌板上以提供300rpm的混合。使用HCl和NaOH溶液將溶液pH調節至3.0、5.0、7.0和9.0的最終pH。其他參數是初始異丙醇濃度為1000mg/L，溶液500mL，活性炭5g和操作時間180分鐘。通過在確定的時間間隔內取1.0mL等分試樣來監控所有實驗溶液中異丙醇的濃度，然后對其進行分析。

　　異丙醇飽和活性炭的超聲波再生

　　在水溶液中使用批處理系統對異丙醇飽和的活性炭進行超聲波再生如圖1所示。反應器本身類似于吸附實驗中使用的反應器。將超聲探頭浸入裝有500mL蒸餾水和10.0g異丙醇飽和活性炭的反應器中。在異丙醇飽和活性炭的超聲再生過程中，定期取樣1.0mL樣品進行異丙醇濃度分析。完成超聲波再生實驗后，通過過濾從溶液中分離出活性炭，并在空氣中干燥以進一步應用。研究了超聲強度，水溫，乙醇添加和再生周期對超聲再生的影響。分析活性炭的粒徑以測量超聲再生期間活性炭的斷裂。進行多次吸附和再生循環以檢查活性炭的再生效率。在多周期測試中，與在初始運行中吸附的異丙醇相比，使用了在連續吸附中吸附的異丙醇的量。分析活性炭的粒徑以測量超聲再生期間活性炭的斷裂。進行多次吸附和再生循環以檢查活性炭的再生效率。在優化過程中，再生是通過解吸的異丙醇分數來量化的。

　　圖1：飽和活性炭超聲再生的實驗裝置。

　　活性炭的性質

　　通過酸洗的活性炭和活性炭在顯示圖2中，SEM成像還透露，酸洗除去的雜質，從而產生的孔結構具有一個看似光滑的表面。與原始活性炭相比，酸洗活性炭的比表面積和總孔體積略大。這可能是在酸洗過程中去除了其他化學物質(例如氧氣)的影響。然而，酸洗似乎對活性炭的孔徑幾乎沒有影響。原始活性炭和新鮮活性炭的平均孔徑表明，絕大多數孔都屬于微孔范圍。

　　圖2：活性炭，酸洗活性炭和再生的活性炭在1000x放大倍數下的SEM圖像。

　　發現在測試中，確定合適操作條件是24.5W/cm2的超聲強度，45°C的溶液溫度和10%(v/v)的乙醇濃度，再生效率為82.9%。在四個吸附和解吸循環中再生效率從第一次循環后的83%逐漸降低到第二次，第三次和第四次循環后的81%，71%和64%。相比之下，通過分解技術，一次再生后可實現更高的再生率，從96%提高到3個再生周期后達到約94%。雖然這是活性炭的高度再生，但異丙醇遭到破壞，無法再利用。這種減少可以歸因于不同的原因，例如由于在再生過程中未完全除去吸附物而逐漸阻塞了多孔結構。在本研究中重復使用后，觀察到減小了粒徑，增加了再生活性炭的重量損失，這也可能導致吸附效率下降。使用掃描電子顯微鏡(SEM)來識別超聲對活性炭表面形態的影響。

　　活性炭載異丙醇的超聲再生，異丙醇吸附測試的最佳pH為7.0。這非常接近活性炭的零電荷點(6.7)，這表明異丙醇分子上的羥基與活性炭表面上的氧基之間的氫鍵是吸附機理的關鍵部分。較高的超聲強度導致更多的異丙醇脫附，但也導致活性炭的更大磨損，合適強度為24.5W/cm2。當溫度升高到45°C時，再生效率會提高，但為了保護超聲探頭，再生效率并未超過。乙醇提高了異丙醇飽和活性炭的再生效率，但是較高的乙醇濃度降低了異丙醇的解吸。在這些循環之間觀察到再生活性炭的表面形態相似，但是表面積和總孔體積降低。在合適的條件下活性炭的再生效率為83%，經過兩個，三個和四個再生循環后，該再生效率分別降至81%，71%和64%。證明了活性炭載異丙醇的超聲波再生是可行的，再生效率與目前的技術差不多，但是成本上有一定的優勢。

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