En cours d'utilisation, le charbon actif peut être saturé et perdre sa capacité d'adsorption. Le carbone peut être utilisé plusieurs fois avant de devoir être remplacé.
La régénération du charbon actif est le moyen le plus efficace d'augmenter la durée de vie de votre charbon actif. Non seulement cette méthode vous permet d'économiser de l'argent à long terme, mais elle diminue également votre empreinte carbone. En utilisant moins de carbone vierge, vous contribuez à une planète plus verte.
Qu'est-ce que la régénération du charbon actif
La régénération peut être utilisée pour nettoyer un charbon actif contaminé et également pour prolonger la durée de vie du charbon. La régénération du charbon actif est un processus qui élimine les matériaux adsorbés du charbon actif sans détruire la structure d'origine du charbon.
Avant de choisir la méthode de régénération au charbon actif, il est important de bien comprendre l'objet traité et l'ampleur du traitement.
Les bases de régénération du charbon actif sont les suivantes :
- Charbon actif Chauffage externe pour élever la température afin de modifier les conditions d'équilibre, à mesure que la quantité de masse adsorbée diminue - avec l'augmentation de la température, désorbant ainsi la masse adsorbée.
- Modification des propriétés chimiques de l'adsorbat.
- Il s'agit d'une méthode courante pour éliminer un adsorbat d'une surface. L'adsorbat est extrait avec un solvant qui a une forte affinité pour celui-ci. Cela peut être fait en lavant la surface avec le solvant ou en faisant passer le solvant sur la surface.
- Une option pour régénérer le charbon actif usagé consiste à remplacer l'adsorbat par une substance ayant une forte affinité pour le charbon. Une fois la substance de remplacement désorbée, le charbon actif peut être régénéré. Ce processus peut être répété plusieurs fois pour prolonger la durée de vie du carbone.
- Pour abaisser la concentration (ou la pression) du soluté dans le solvant, on peut utiliser une variété de méthodes telles que l'évaporation, la distillation ou l'extraction. Ce faisant, l'adsorbat est désorbé de la surface de l'adsorbant et la concentration du soluté dans la solution est abaissée.
- La matière organique peut être éliminée des surfaces par décomposition ou oxydation. La décomposition est la décomposition de la matière organique en plus petits morceaux, tandis que l'oxydation est la réaction chimique de la matière organique avec l'oxygène. Ces deux processus peuvent être utilisés pour éliminer la matière organique des surfaces de charbon actif.
Méthodes de régénération du charbon actif
Il existe différentes méthodes de régénération pour le charbon actif, comme la méthode de régénération thermique, la méthode de régénération biologique, la méthode d'oxydation par voie humide, la méthode de régénération par solvant, la méthode de régénération électrochimique, la méthode d'oxydation catalytique par voie humide, etc. Chaque méthode de régénération a ses propres avantages et inconvénients, donc le choix d'une méthode de régénération pour le charbon actif doit être basée sur la situation spécifique. Si le charbon actif est fortement contaminé, il peut être nécessaire de le régénérer plus fréquemment, donc une méthode de régénération qui prend moins de temps et plus efficace serait préférable.
Méthode de régénération thermique
La méthode de régénération thermique est l'une des méthodes de régénération au charbon actif les plus matures de l'industrie. Le principal avantage de cette méthode est sa simplicité et son faible coût. Cependant, c'est aussi l'une des méthodes les plus énergivores et peut potentiellement endommager le charbon actif.
L'étape de séchage consiste à éliminer l'humidité du charbon actif par chauffage, et l'étape de carbonisation à haute température consiste à chauffer le charbon actif séché à une certaine température pour décomposer la matière organique et rendre la surface du charbon actif plus poreuse. L'étape d'activation consiste à utiliser un agent oxydant pour oxyder davantage la surface du charbon actif carbonisé à haute température, de sorte que la surface spécifique du charbon actif devient plus grande et la capacité d'adsorption devient plus forte.
Dans l'étape de séchage de la production de charbon actif, les composants volatils sont principalement éliminés. Cela se fait en chauffant le charbon actif à une température d'environ 600 degrés Celsius. Cela élimine l'eau, l'oxygène et d'autres composants volatils, laissant le carbone derrière.
L'étape de carbonisation à haute température est une partie importante du processus de production de charbon actif. Dans cette étape, une partie de la matière organique adsorbée sur le charbon actif bout, se vaporise et se désorbe, tandis que les composants résiduels restent dans les pores du charbon actif pour être fixés au charbon. Pour éviter l'oxydation du charbon actif, le procédé est généralement réalisé sous vide ou sous atmosphère inerte.
C'est la clé de tout le processus de régénération. Dans l'étape suivante d'activation, du CO2, du CO, du H2 ou de la vapeur d'eau sont introduits dans le réacteur pour nettoyer les micro-pores du charbon actif et restaurer ses performances d'adsorption.
La régénération thermique est une méthode de récupération de la chaleur résiduelle qui utilise la chaleur résiduelle à haute température pour régénérer un adsorbant en vue d'une utilisation ultérieure. Le processus de régénération thermique nécessite généralement de l'énergie supplémentaire pour le chauffage, ce qui peut entraîner une augmentation des coûts d'investissement et d'exploitation. Cependant, le procédé présente les avantages d'une efficacité de régénération élevée et d'une large applicabilité.
L'équipement utilisé dans ce processus est le four électrique de régénération du charbon actif et le four de régénération du charbon actif au gaz. Ce processus utilise des températures élevées pour éliminer les contaminants du charbon actif.
Méthode de régénération biologique
Cette méthode consiste à utiliser des bactéries domestiquées pour résoudre la matière organique adsorbée sur le charbon actif et la digérer davantage et la décomposer en H2O et CO2. La réactivation du charbon usé par cette méthode est appelée la méthode de régénération biologique du charbon actif. L'avantage de cette méthode est qu'elle peut atteindre l'objectif de régénération du charbon actif tout en réduisant le coût de l'élimination des déchets.
La taille des pores du charbon actif est très petite, généralement de quelques nanomètres seulement. Cela signifie que les micro-organismes ne peuvent pas pénétrer dans les pores et que l'autolyse cellulaire (autodestruction cellulaire) se produit pendant le processus de régénération. Les enzymes circulent dans l'espace extracellulaire et le charbon actif a un effet d'adsorption sur les enzymes, formant un centre enzymatique à la surface du charbon. Cela catalyse la décomposition des polluants et atteint l'objectif de régénération.
La méthode biologique au charbon actif est simple et facile à mettre en œuvre, avec de faibles coûts d'investissement et d'exploitation. Cependant, cela prend beaucoup de temps et est fortement influencé par la qualité et la température de l'eau.
Méthode de régénération par oxydation humide
La méthode de régénération par oxydation humide est un choix populaire pour la régénération du charbon actif. Sous haute température et pression, l'oxygène ou l'air est utilisé pour oxyder et décomposer la matière organique adsorbée sur le charbon actif. Le charbon actif est ensuite retiré du réacteur et lavé. La matière organique est complètement décomposée et le charbon actif est renvoyé vers l'unité d'adsorption. L'ensemble du processus est complété dans un cycle.
Les meilleures conditions de régénération du charbon actif sont les suivantes : température de régénération 230 °C, temps de régénération 1 h, oxygénation PO 20,6 MPa, ajout de charbon 15 g, ajout d'eau 300 mL. L'efficacité de régénération a atteint 45 ± 5 %, et après 5 cycles de régénération, l'efficacité de régénération n'a diminué que de 3 %.
L'oxydation partielle des micropores de surface du charbon actif est la principale raison de la diminution de l'efficacité de la régénération. L'efficacité de régénération du charbon actif diminue lorsque le charbon est partiellement oxydé. La raison principale de l'oxydation partielle du charbon actif est la présence d'oxygène dans l'atmosphère de régénération.
Méthode de régénération du solvant
La méthode de régénération du charbon actif par solvant est un processus de rupture de l'équilibre d'adsorption en modifiant la température, la valeur du pH du solvant et d'autres conditions pour désorber le matériau adsorbé du charbon actif. Cette méthode utilise à son avantage l'équilibre de phase entre le charbon actif, le solvant et le matériau adsorbé. En modifiant la température et le pH du solvant, le matériau adsorbé est forcé de quitter le charbon actif et d'être collecté dans le solvant.
Les avantages de la méthode de régénération du charbon actif par solvant sont que le semestre de régénération est court, l'efficacité d'adsorption est élevée et qu'elle ne produit pas de pollution secondaire. Les principaux inconvénients sont que le coût de régénération est élevé, le processus est complexe et le coût global de traitement de l'eau est augmenté.
La méthode de régénération du charbon actif par solvant est plus adaptée à ces adsorptions réversibles, telles que l'adsorption des eaux usées organiques à haute concentration et à bas point d'ébullition. Il est plus ciblé, souvent un solvant ne peut désorber que certains polluants, alors que le procédé de traitement de l'eau d'une large gamme de polluants, variable, donc l'application d'un solvant spécifique est restreinte.
Méthode de régénération électrochimique
La méthode de régénération électrochimique du charbon actif est un nouveau type de technologie de régénération du charbon actif. Dans cette méthode, du charbon actif est rempli entre deux électrodes principales et un champ électrique continu est ajouté à l'électrolyte. Sous l'action de l'oxydation et de la réduction électrochimiques, la matière organique adsorbée sur le charbon actif est dégradée ou décomposée, et le charbon actif est régénéré. L'avantage de cette méthode de régénération est qu'elle peut être effectuée en peu de temps et que l'efficacité d'utilisation du charbon actif est améliorée. Cette méthode est également plus respectueuse de l'environnement que d'autres méthodes de régénération, car elle ne produit aucun sous-produit nocif.
Le charbon actif est polarisé sous l'action d'un champ électrique, une extrémité étant anode et l'autre extrémité cathode, formant une cellule microélectrolytique.
La méthode de régénération électrochimique du charbon actif est facile à utiliser et a une efficacité élevée et une faible consommation d'énergie, et son objet de traitement est soumis à moins de limitations, et si le processus de traitement est parfait, la pollution secondaire peut être évitée.
Méthode d'oxydation humide catalytique
La méthode traditionnelle d'oxydation par voie humide pour la régénération du charbon actif a une efficacité relativement faible mais une grande consommation d'énergie. La principale raison de la faible efficacité de régénération est la température de régénération. Cependant, l'augmentation de la température de régénération augmentera également l'oxydation de surface du charbon actif, réduisant ainsi l'efficacité de la régénération.
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