一、活性炭吸附特性

活性炭最大的特征是丰富的孔隙结构。活性炭表面有无数的微小孔隙，这些微孔直径分布范围很宽，从小于一纳米到数千纳米，可分为大孔（d>50nm）、介孔（2nm<d<50nm）和微孔（d<2nm）三类。因此，活性碳具有巨大的比表面积，每克活性炭的表面积可以达到1000m²。孔隙特征与活性炭的物理吸附性能最为相关。活性炭所含的孔隙大小、形状以及分布多少，都会对活性炭物理吸附产生影响。活性炭还具有丰富的表面化学基团，分为酸性、碱性和中性三种，主要与活性炭的化学吸附相关。

活性炭内部孔隙结构

由于丰富的孔隙结构、巨大的比表面积和丰富的表面化学基团，活性炭具有较高的吸附能力。为了提高活性炭的吸附效率，还可以进行额外的改性工艺，如硫化、卤化、加载贵金属或金属氧化物，额外增加其含氧官能团或者负载催化剂。

二、活性炭再生

活性炭在吸附过程中易饱和，达到饱和状态后，活性炭内部的孔隙结构被所吸附物质堵塞，不再具有吸附活性。目前饱和活性炭的处理方法有填埋、焚烧、再生，但简易填埋会对周围土壤和水体造成污染，焚烧处理则会产生二噁英等剧毒物造成大气污染。因此，废活性炭的脱附再生与无害化处理对保护环境、提高经济效益和减少资源浪费具有重要意义。

活性炭再生（或称活化），是指用物理或化学方法在不破坏活性炭原有结构的前提下，将吸附于活性炭微孔的吸附质予以去除，恢复其吸附性能，达到重复使用的目的。

目前国内外活性炭再生技术主要有热再生法、化学再生法和生物再生法。化学再生法又分为溶剂再生法和电化学再生法等。

1.物理再生法—热再生法

热再生具有再生效率高且稳定的优点，而且通常不会受到废活性炭上吸附的物质种类的限制，适用范围广。但热再生法需要将活性炭加热至较高温度，能源消耗量高，如果进行工业应用，既浪费资源又提高成本；加热温度过高易有自燃的危险；高温还会造成活性炭内部的微晶结构膨胀，中孔塌缩，导致活性炭比表面积减小，孔道收缩，孔容降低；高温也会造成活性炭上部分官能团的分解，而官能团是影响活性炭吸附无机物的关键因素之一，都会抑制活性碳的吸附。另外，直接热再生后的活性炭机械强度会受到损害，吸附效率也会有一定程度的下降，多次重复再生后将不再具有吸附能力。

根据热再生介质可分为：惰性气体热再生、水蒸气热再生、电流热再生、物理波（微波、超声波）热再生。

2.空气、惰性气体、水蒸气热再生

以空气和惰性气体及水蒸气为介质进行热再生的研究已经十分成熟,是现阶段的工业活性炭脱附再生的主要应用技术。它具有再生效率高且稳定的优点，但能源消耗量高,活性炭自身热损失较大，活性炭加热温度过高易发生自燃的危险。

3.电热再生

电流热再生是由于碳质材料的电阻率，焦耳效应将电流直接转变为热能，即从内部而不是外部能源加热。

电流热再生最适合去除非强吸附剂和高挥发性吸附剂。此方法很少用于传统的GAC（粒状活性炭）活性炭床，因为活性炭颗粒接触不均匀，更适用于其他形态的活性炭。

4.微波热再生

微波通过偶极子旋转和离子迁移来诱导分子运动产生热量。与常规热再生技术相比，微波热再生技术具有升温速度快基本不存在升温梯度、耗时少、能量损耗低、效率高等优点。此方法的研究还在实验室阶段，微波再生机理有待深化，微波发生器及大型微波再生装置的实用性和安全性亟需确认和提高。

5.超声波再生

超声波在传播时被介质吸收，然后减弱产生“空化泡”不断扩大直到“爆炸”释放出能量，这种能量造成三种影响：

（1）局部温度迅速升高，形成“热点”；

（2）出现高压冲击波；

（3）出现高速微喷流，液体以数百千米每小时的速度向吸附剂表面喷射。

超声波相对于传统热再生来说，技术研究不成熟，再生效率不稳定，比较适用于物理吸附，现阶段还不适合广泛的工业生产。

6.化学再生法

（1）电化学再生

电化学再生过程中存在有两种主要的机制：

a.是由局部的pH变化、局部盐度浓度变化、静电斥力增强脱附作用并引起有机物的电解吸；

b.是将吸附饱和的活性炭作为电极，布置有离子交换膜及电解质溶液为离子交换的介质条件，在通电情况下电极发生氧化或还原反应。

电化学再生方法与其他传统方法相比有独特的优越性，在能源效率、选择性、成本效益和环境相容性上有很大的发展前景，但现阶段先进成果大多停留在实验室规模，工业化应用受到集成化、经济化、有效化等方面的限制。

（2）氧化再生

氧化再生法在实际应用中的可行性很大，氧化再生条件的温度及压力在氧化作用下容易达到，尤其在处理废水饱和活性炭上常用湿式氧化法。

（3）溶剂再生

溶剂再生法取决于活性炭、吸附质和溶剂三者之间相互作用，溶剂必须扩散渗入吸附剂结构之中，到达表面上或微孔内的活性部位，通过化学反应或溶解萃取，打破原有的吸附平衡，进而使吸附质脱离活性炭。溶剂再生法不必将活性炭先拆卸下来再生之后再重新安装，可以直接在原位进行，既节省了停工维护的时间，又减少了活性炭因磨损造成的损失。相较于热再生法，由于没有高温炭化和再氧化过程，溶剂再生法没有热损失，活性炭的机械强度和孔隙结构得以保持。

（4）超临界再生

超临界再生无二次污染环境问题，但是流体所需的超临界条件比较难达到，操作条件严苛，可去除的污染物种类有限，因此缺乏工业级规模的应用研究。

（5）真空再生

真空再生法原理是吸附饱和的活性炭在真空环境下吸附平衡被打破，机械地向解吸转移以恢复再生能力。

VSA工艺的优点包括吸附剂的使用时间较长、技术简单、能耗较低，但该工艺需使用多级真空系统不断运行保持再生环境，因此再生成本昂贵，对设备阀门的要求精细程度高，运行后期维护困难。

7.生物再生法

生物再生法主要是利用微生物的降解作用，解吸各种有机污染物。

生物再生法的再生时间往往很长，生物的培养与驯化不易控制，且活性炭难以原位再生，再生效率受外在环境变化的影响较大，因而在实际应用的范围有限。

（来源：环保小蜜蜂）