介質阻擋放電再生活性炭及其反應器放大研究.pdf

1、活性炭吸附法是治理低濃度、高毒性、難生化降解有機廢水，以及突發(fā)性環(huán)境污染事故形成廢水的有效方法。常規(guī)活性炭吸附只是將污染物從水相轉移到固相，未達到徹底去除污染物的目的，而如果將未經處理的活性炭廢棄，將導致環(huán)境二次污染，還會造成資源浪費，因此研發(fā)高效的活性炭再生方法一直為國內外學者所關注。介質阻擋放電(DBD)能夠產生降解有機物的活性物質，如羥基自由基、活性氧、臭氧等，成為當今環(huán)境污染治理技術研發(fā)的熱點。
　　本文針對DBD等離子體

2、處理活性炭機理、反應器結構設計與供電方法、運行方法等關鍵技術問題，以酚類物質為模型污染物，研究DBD降解活性炭吸附有機物和再生活性炭的效果及其影響因素、活性物質在活性炭顆粒間產生和傳播過程，探討DBD協同TiO2催化提高活性炭處理效果的可行性，提出DBD活性炭再生反應器放大方法，研制處理活性炭量為1 kg和10 kg的DBD放大反應器，考察放大反應器的運行性能。主要研究工作與結果如下:
　　(1)采用雙介質結構DBD反應器，研究了

3、DBD降解活性炭吸附雙酚A(BPA)及再生活性炭的可行性，考察了電氣參數和載氣參數對活性炭吸附BPA的降解及活性炭再生特性的影響。發(fā)現:增加放電電壓、電源頻率和空氣流量均有利于BPA的降解;三次連續(xù)吸附/DBD再生后，活性炭再生率仍接近80％。與高頻交流電源供電相比，采用雙極性脈沖電源的BPA降解能量效率高10倍，三次連續(xù)再生的活性炭再生率分別高5％、6％和11％。
　　(2)研究了DBD對活性炭上活性物質H2O2和·OH產生規(guī)律

4、的影響，分析其傳質機理，探索活性炭上苯酚的降解行為，探討DBD降解活性炭吸附有機物及再生活性炭機理。結果發(fā)現:DBD作用下，活性炭上H2O2和·OH生成量隨放電電壓和空氣流量的增加而增加，在活性炭含水率為10～20％范圍內，H2O2和·OH生成量隨含水率增大而增加;雙極性脈沖電源能夠有效促進活性物質生成，其H2O2和·OH生成量比高頻交流電源的高出20％，并且H2O2和·OH的生成能量效率高出6倍。苯酚OH-官能團的鄰位和對位易受攻擊而

5、發(fā)生鄰、對位的取代和加成反應生成鄰苯二酚、對苯二酚和苯醌這三種主要中間產物;隨著放電電壓、空氣流量和活性炭含水率的增大，苯酚及其TOC去除率隨之增大，三種主要中間產物的最大生成時間提前，最終生成濃度減小，苯酚及TOC去除率分別可達93％和50％。
　　(3)開展了DBD協同TiO2催化降解活性炭上苯酚/再生活性炭的研究。采用浸漬干燥法制備了負載TiO2的活性炭（TiO2-GAC），運用X射線衍射儀、電子掃描電鏡、傅立葉變換紅外光譜

6、、氮吸附等溫線及Boehm滴定對負載TiO2前后、吸附苯酚前后、放電處理前后的活性炭進行表征，探索了TiO2催化對活性炭上苯酚降解、礦化、中間產物濃度變化、活性物質·OH和H2O2生成和活性炭再生特性的影響，探討了DBD協同TiO2催化降解苯酚/再生活性炭的機理。發(fā)現負載TiO2后，其催化作用可使活性炭上產生更多的·OH和H2O2，有效促進活性炭上苯酚的降解、礦化及活性炭的再生:TiO2-GAC上·OH和H2O2的生成量分別提高了24％

7、和28％，且苯酚降解率提高了19％，TOC去除率提高了9％，降解能量效率提高了27％，再生效率提高了14％。
　　(4)提出了DBD再生活性炭放大反應器的設計方法和反應器氣源的布氣方法，研制了處理活性炭1 kg和10 kg級DBD放大反應器，進行了放大反應器的運行實驗。應用1 kg級DBD放大反應器再生1.2 kg的廢活性炭，通過優(yōu)化電氣參數、載氣參數和活性炭參數考察了活性炭上苯酚的降解、礦化特性及活性炭再生效果:活性炭再生率和苯