Электрохимическая регенерация - Electrochemical regeneration

В электрохимическая регенерация из Активированный уголь основан адсорбенты включает удаление молекул, адсорбированных на поверхности адсорбента, с использованием электрический ток в электрохимическая ячейка восстановление адсорбционной способности угля. Электрохимическая регенерация представляет собой альтернативу термическая регенерация обычно используется в Сточные Воды приложения для лечения. Обычные адсорбенты включают порошковый активированный уголь (PAC), гранулированный активированный уголь (GAC) и активированное углеродное волокно.

Регенерация для повторного использования адсорбента

При очистке сточных вод наиболее часто используемым адсорбентом является гранулированный активированный уголь (GAC), который часто используется для обработки как жидкой, так и газовой фазы. летучие органические соединения и органический загрязняющие вещества.^[1][2] Слои активированного угля различаются по сроку службы в зависимости от концентрации удаляемых загрязнителей и связанных с ними изотермы адсорбции, расход на входе и требуемые разрешения на выпуск. Срок службы этих кроватей может составлять от часов до месяцев. Активированный уголь часто вывозят на свалки в конце срока его полезного использования, но иногда его можно регенерировать, восстанавливая его адсорбционную способность, что позволяет использовать его повторно. Термическая регенерация является наиболее распространенным методом регенерации, но имеет недостатки с точки зрения высоких энергозатрат и коммерческих затрат, а также значительных углеродный след.^[3] Эти недостатки стимулировали исследования альтернативных методов регенерации, таких как электрохимическая регенерация.

Активированный уголь с электрохимической регенерацией

После того, как адсорбционная способность слоя активированного угля исчерпана адсорбцией молекул загрязнителя, углерод переносится в электрохимическую ячейку (либо в анод или катод ), в которых может происходить электрохимическая регенерация.

Принципы

Существует несколько механизмов, с помощью которых прохождение тока через электрохимическую ячейку может способствовать десорбции загрязняющих веществ. Ионы генерируемые на электродах, могут изменять локальные условия pH в разделенной ячейке, которые влияют на адсорбционное равновесие и, как было показано, способствуют десорбции органических загрязнителей, таких как фенолы, с поверхности углерода.^[3][4] Другие механизмы включают реакции между генерируемыми ионами и адсорбированными загрязнителями, приводящие к образованию частиц с более низким адсорбционным сродством к активированному углю, который впоследствии десорбируется, или окислительное разрушение органических веществ на поверхности углерода.^[5] Принято считать, что основные механизмы основаны на регенерации, вызванной десорбцией, поскольку электрохимические эффекты ограничиваются поверхностью пористых углеродов, поэтому не могут быть ответственны за регенерацию в объеме.^[3][6]Эффективность различных методов регенерации можно напрямую сравнивать, используя эффективность регенерации. Это определяется как:

${\displaystyle Regeneration\;Efficiency={\frac {adsorptive\;capacity\;of\;activated\;carbon\;after\;adsorption\;and\;electrochemical\;regeneration}{adsorptive\;capacity\;of\;virgin\;activated\;carbon}}\times 100}$

Катодная регенерация

Катод - это сокращение электрод и генерирует ОН⁻ ионы, которые увеличивают местные условия pH. Повышение pH может способствовать десорбции загрязняющих веществ в раствор, где они могут мигрировать к аноду и подвергаться окислению, следовательно, разрушению. Исследования катодной регенерации показали, что эффективность регенерации для адсорбированных органических загрязнителей, таких как фенолы, составляет порядка 85%, исходя из времени регенерации 4 часа с приложенными токами от 10 до 100 мА.^[3] Однако из-за массообмен Из-за ограничений между катодом и анодом на катоде часто остается остаточный загрязнитель, если не используются большие токи или длительное время регенерации.

Анодная регенерация

Анод - это окисляющий электрод и, как результат, имеет более низкий локальный pH во время электролиза, что также способствует десорбции некоторых органических загрязнителей. Эффективность регенерации активированного угля в анодном отсеке ниже, чем достижимая в катодном отсеке, на 5-20% при тех же временах регенерации и токах,^[3][6] однако не наблюдается остаточных органических веществ из-за сильной окислительной природы анода.^[6]

Повторная адсорбция-регенерация

Для большей части углеродсодержащих адсорбентов эффективность регенерации снижается в последующих циклах в результате закупорки пор и повреждения мест адсорбции под действием приложенного тока. Снижение эффективности регенерации обычно составляет еще 2% за цикл.^[3] Текущие передовые исследования сосредоточены на разработке адсорбентов, способных регенерировать 100% своей адсорбционной способности посредством электрохимической регенерации.^[7][8][9]

Коммерческие системы

В настоящее время существует очень ограниченное количество коммерчески доступных систем адсорбционно-электрохимической регенерации на основе углерода. Одна из существующих систем использует углеродный адсорбент под названием Nyex в непрерывная адсорбция-регенерация система, которая использует электрохимическую регенерацию для адсорбции и уничтожения органических загрязнителей.^[10]

Рекомендации

1. Морено-Кастилья, C (2004). «Адсорбция органических молекул из водных растворов на углеродных материалах». Углерод. 42: 83–94. Дои:10.1016 / j.carbon.2003.09.022.
2. Дас, Д; Gaur, V .; Верма, Н. (2004). «Удаление летучих органических соединений активированным углеродным волокном». Углерод. 42 (14): 2949–2962. Дои:10.1016 / j.carbon.2004.07.008.
3. Narbaitz, R.M; Карими-Яшни, А (1994). «Удаление летучих органических соединений активированным углеродным волокном». Углерод. 42 (14): 2949–2962. Дои:10.1016 / j.carbon.2004.07.008.
4. Mehta, M.P; Флора, Дж. Р. В. (1997). «Влияние электрохимической обработки гранулированного активированного угля на кислотные группы поверхности и адсорбционную способность по фенолу». Водные исследования. 31 (9): 2171–2176. Дои:10.1016 / S0043-1354 (97) 00057-2.
5. Чой, Дж. Дж. (1997). «Окислительное удаление летучих соединений серы с неприятным запахом воздухом над активированным углеродным волокном». Журнал промышленной и инженерной химии. 3 (1): 56–62.
6. Чжан, Х; Ye, L .; Чжун, Х (2002). «Регенерация насыщенного фенолом активированного угля в электрохимическом реакторе». Журнал химической технологии и биохимической технологии. 77 (11): 1246–1250. Дои:10.1002 / jctb.699.
7. Коричневый, N; Робертс, Э. П. Л. (2007). «Предварительная электрохимическая очистка стоков, содержащих хлорированные соединения, с использованием адсорбента». Журнал прикладной электрохимии. 37 (11): 1329–1335. Дои:10.1007 / s10800-007-9376-3. S2CID  98745964.
8. Коричневый, N; Робертс, Э. П. Л .; Chasiotis, A .; Cherdron, T .; Санграйка, Н. (2004). «Удаление атразина с помощью адсорбции и электрохимической регенерации». Водные исследования. 38 (13): 3067–3074. Дои:10.1016 / j.watres.2004.04.043. PMID  15261545.
9. Коричневый, N; Робертс, Э. П. Л .; Гарфорт, А. А .; Драйф, Р. А. В (2004). «Электрохимическая регенерация адсорбента на основе углерода, нагруженного цистальным фиолетовым красителем». Electrochimica Acta. 49 (20): 3269–3281. Дои:10.1016 / j.electacta.2004.02.040.
10. http://news.bbc.co.uk/1/hi/england/manchester/6176729.stm Сообщение BBC об инновационной технологии очистки сточных вод с электрохимической регенерацией