Электрохимическая регенерация

Электрохимическая регенерация адсорбентов активированного угля на основе заключается в удалении молекул, адсорбированных на поверхности адсорбента , с помощью электрического тока в электрохимической ячейке с восстановлением адсорбционной способности угля. Электрохимическая регенерация представляет собой альтернативу термической регенерации, обычно используемой при сточных вод очистке . Обычные адсорбенты включают порошкообразный активированный уголь (ПАУ), гранулированный активированный уголь (ГАУ) и активированное углеродное волокно.

Регенерация для повторного использования адсорбента

При очистке сточных вод наиболее часто используемым адсорбентом является гранулированный активированный уголь (ГАУ), который часто используется для очистки как жидких, так и газовых фаз летучих органических соединений и органических загрязнителей. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Срок службы слоев активированного угля варьируется в зависимости от концентрации удаляемых загрязнителей, связанных с ними изотерм адсорбции , скорости входного потока и требуемых разрешений на сброс. Срок службы таких кроватей может варьироваться от часов до месяцев. Активированный уголь часто выбрасывается на свалку по истечении срока его полезного использования, но иногда его можно регенерировать, восстанавливая его адсорбционную способность, что позволяет использовать его повторно. Термическая регенерация является наиболее эффективным методом регенерации, но имеет недостатки, связанные с высокими энергетическими и коммерческими затратами, а также значительным выбросом углекислого газа . ^{[ 3 ]} Эти недостатки стимулировали исследования альтернативных методов регенерации, таких как электрохимическая регенерация.

Электрохимически регенерирующий активированный уголь

Как только адсорбционная способность слоя активированного угля исчерпывается в результате адсорбции молекул загрязняющих веществ, углерод переносится в электрохимическую ячейку (либо на анод , либо на катод ), в которой может происходить электрохимическая регенерация.

Принципы

Существует несколько механизмов, с помощью которых прохождение тока через электрохимическую ячейку может стимулировать десорбцию загрязняющих веществ. Ионы, генерируемые на электродах, могут изменять локальные условия pH в разделенной ячейке, что влияет на адсорбционное равновесие и, как было показано, способствует десорбции органических загрязнителей, таких как фенолы, с углеродной поверхности. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Другие механизмы включают реакции между образующимися ионами и адсорбированными загрязнителями, приводящие к образованию частиц с более низким адсорбционным сродством к активированному углю, которые впоследствии десорбируются, или окислительному разрушению органических веществ на поверхности углерода. ^{[ 5 ]} Принято считать, что основные механизмы основаны на регенерации, вызванной десорбцией, поскольку электрохимические эффекты ограничены поверхностью пористого углерода, поэтому не могут быть ответственны за объемную регенерацию. ^{[ 3 ]}^{[ 6 ]} Производительность различных методов регенерации можно напрямую сравнить, используя эффективность регенерации. Это определяется как:

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

Катодная регенерация

Катод является восстанавливающим электродом и генерирует ОН. ⁻ ионы, которые увеличивают местные условия pH. Увеличение pH может способствовать десорбции загрязняющих веществ в раствор, где они могут мигрировать к аноду и подвергаться окислению и, следовательно, разрушению. Исследования катодной регенерации показали эффективность регенерации адсорбированных органических загрязнителей, таких как фенолы, порядка 85% при времени регенерации 4 часа с приложенным током 10-100 мА. ^{[ 3 ]} Однако из-за ограничений массообмена между катодом и анодом в катоде часто остаются остаточные загрязняющие вещества, если не используются большие токи или длительное время регенерации.

Анодная регенерация

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

Повторная адсорбция-регенерация

Для основной массы углеродсодержащих адсорбентов эффективность регенерации снижается в последующих циклах в результате закупорки пор и повреждения мест адсорбции приложенным током. Снижение эффективности регенерации обычно составляет еще 2% за цикл. ^{[ 3 ]} Современные передовые исследования сосредоточены на разработке адсорбентов, способных восстанавливать 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 существующая система использует углеродный адсорбент под названием Nyex в системе непрерывной адсорбции-регенерации , которая использует электрохимическую регенерацию для адсорбции и уничтожения органических загрязнителей. ^{[ 10 ]}

Ссылки

^ Морено-Кастилия, К (2004). «Адсорбция органических молекул из водных растворов на углеродных материалах». Карбон . 42 : 83–94. doi : 10.1016/j.carbon.2003.09.022 .
^ Дас, Д; Гаур, В.; Верма, Н. (2004). «Удаление летучих органических соединений активированным углеродным волокном». Карбон . 42 (14): 2949–2962. doi : 10.1016/j.carbon.2004.07.008 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Нарбайтц, Р.М.; Карими-Джашни, А (1994). «Удаление летучих органических соединений активированным углеродным волокном». Карбон . 42 (14): 2949–2962. doi : 10.1016/j.carbon.2004.07.008 .
^ Мехта, член парламента; Флора, младший V (1997). «Влияние электрохимической обработки гранулированного активированного угля на поверхностные кислотные группы и адсорбционную способность фенола». Исследования воды . 31 (9): 2171–2176. дои : 10.1016/S0043-1354(97)00057-2 .
^ Чой, Джей Джей (1997). «Окислительное удаление неприятных запахов летучих соединений серы воздухом над активированным углеродным волокном». Журнал промышленной и инженерной химии . 3 (1): 56–62.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Чжан, Х; Йе, Л.; Чжун, Х (2002). «Регенерация фенолнасыщенного активированного угля в электрохимическом реакторе» . Журнал химической технологии и биохимической технологии . 77 (11): 1246–1250. дои : 10.1002/jctb.699 .
^ Браун, Н.; Робертс, EP L (2007). «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 .
^ Браун, Н.; Робертс, АПЛ; Часиотис, А.; Чердрон, Т.; Санграйка, Н. (2004). «Удаление атразина методами адсорбции и электрохимической регенерации». Исследования воды . 38 (13): 3067–3074. дои : 10.1016/j.watres.2004.04.043 . ПМИД 15261545 .
^ Браун, Н.; Робертс, АПЛ; Гарфорт, А.А.; Драйф, РА В (2004). «Электрохимическая регенерация углеродного адсорбента, наполненного цистальным фиолетовым красителем». Электрохимика Акта . 49 (20): 3269–3281. дои : 10.1016/j.electacta.2004.02.040 .
^ http://news.bbc.co.uk/1/hi/england/manchester/6176729.stm Репортаж BBC об инновационном методе очистки сточных вод электрохимической регенерации.

[1] Морено-Кастилия, К (2004). «Адсорбция органических молекул из водных растворов на углеродных материалах». Карбон . 42 : 83–94. doi : 10.1016/j.carbon.2003.09.022 .

[2] Дас, Д; Гаур, В.; Верма, Н. (2004). «Удаление летучих органических соединений активированным углеродным волокном». Карбон . 42 (14): 2949–2962. doi : 10.1016/j.carbon.2004.07.008 .

[narbaitz-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Нарбайтц, Р.М.; Карими-Джашни, А (1994). «Удаление летучих органических соединений активированным углеродным волокном». Карбон . 42 (14): 2949–2962. doi : 10.1016/j.carbon.2004.07.008 .

[4] Мехта, член парламента; Флора, младший V (1997). «Влияние электрохимической обработки гранулированного активированного угля на поверхностные кислотные группы и адсорбционную способность фенола». Исследования воды . 31 (9): 2171–2176. дои : 10.1016/S0043-1354(97)00057-2 .

[5] Чой, Джей Джей (1997). «Окислительное удаление неприятных запахов летучих соединений серы воздухом над активированным углеродным волокном». Журнал промышленной и инженерной химии . 3 (1): 56–62.

[zhang-6] Jump up to: ^а ^б ^с Чжан, Х; Йе, Л.; Чжун, Х (2002). «Регенерация фенолнасыщенного активированного угля в электрохимическом реакторе» . Журнал химической технологии и биохимической технологии . 77 (11): 1246–1250. дои : 10.1002/jctb.699 .

[7] Браун, Н.; Робертс, EP L (2007). «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] Браун, Н.; Робертс, АПЛ; Часиотис, А.; Чердрон, Т.; Санграйка, Н. (2004). «Удаление атразина методами адсорбции и электрохимической регенерации». Исследования воды . 38 (13): 3067–3074. дои : 10.1016/j.watres.2004.04.043 . ПМИД 15261545 .

[9] Браун, Н.; Робертс, АПЛ; Гарфорт, А.А.; Драйф, РА В (2004). «Электрохимическая регенерация углеродного адсорбента, наполненного цистальным фиолетовым красителем». Электрохимика Акта . 49 (20): 3269–3281. дои : 10.1016/j.electacta.2004.02.040 .

[10] ttp://news.bbc.co.uk/1/hi/england/manchester/6176729.stm Репортаж BBC об инновационном методе очистки сточных вод электрохимической регенерации.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]