En el proceso de uso, el carbón activado puede saturarse y perder su capacidad de adsorción. El carbón se puede usar varias veces antes de que sea necesario reemplazarlo.
La regeneración de carbón activado es la forma más efectiva de aumentar la vida útil de su carbón activado. Este método no solo le ahorra dinero a largo plazo, sino que también reduce su huella de carbono. Al usar menos carbono virgen, estás contribuyendo a un planeta más verde.
¿Qué es la regeneración de carbón activado?
La regeneración se puede utilizar para limpiar un carbón activado contaminado y también para prolongar la vida útil del carbón. La regeneración del carbón activado es un proceso que elimina los materiales adsorbidos del carbón activado sin destruir la estructura original del carbón.
Antes de elegir el método de regeneración con carbón activado, es importante comprender claramente el objeto tratado y la escala del tratamiento.
Las bases de regeneración de carbón activado son las siguientes:
- Carbón activado Calentamiento externo para elevar la temperatura y cambiar las condiciones de equilibrio, a medida que disminuye la cantidad de masa adsorbida, al aumentar la temperatura, desorbiendo así la masa adsorbida.
- Cambio de las propiedades químicas del adsorbato.
- Este es un método común para eliminar un adsorbato de una superficie. El adsorbato se extrae con un solvente que tiene una fuerte afinidad por él. Esto se puede hacer lavando la superficie con el solvente o pasando el solvente sobre la superficie.
- Una opción para regenerar el carbón activado usado es reemplazar el adsorbato con una sustancia que tenga una alta afinidad por el carbón. Una vez que se ha desorbido la sustancia de reemplazo, el carbón activado se puede regenerar. Este proceso se puede repetir varias veces para prolongar la vida útil del carbón.
- Para disminuir la concentración (o presión) del soluto en el solvente, se pueden usar una variedad de métodos como la evaporación, la destilación o la extracción. Al hacer esto, el adsorbato se desorbe de la superficie del adsorbente y se reduce la concentración del soluto en la solución.
- La materia orgánica puede eliminarse de las superficies por descomposición u oxidación. La descomposición es la descomposición de la materia orgánica en pedazos más pequeños, mientras que la oxidación es la reacción química de la materia orgánica con el oxígeno. Ambos procesos se pueden utilizar para eliminar la materia orgánica de las superficies de carbón activado.
Métodos de regeneración de carbón activado
Existen varios métodos de regeneración para el carbón activado, como el método de regeneración térmica, el método de regeneración biológica, el método de oxidación húmeda, el método de regeneración con solventes, el método de regeneración electroquímica, el método de oxidación húmeda catalítica, etc. Cada método de regeneración tiene sus propias ventajas y desventajas, por lo que la elección de un método de regeneración para el carbón activado debe basarse en la situación específica. Si el carbón activado está muy contaminado, es posible que deba regenerarse con más frecuencia, por lo que sería preferible un método de regeneración que consuma menos tiempo y sea más efectivo.
Método de regeneración térmica
El método de regeneración térmica es uno de los métodos de regeneración de carbón activado más maduros de la industria. La principal ventaja de este método es su simplicidad y bajo costo. Sin embargo, también es uno de los métodos más intensivos en energía y puede dañar potencialmente el carbón activado.
La etapa de secado consiste en eliminar la humedad del carbón activado mediante calentamiento, y la etapa de carbonización a alta temperatura consiste en calentar el carbón activado seco a una temperatura determinada para descomponer la materia orgánica y hacer que la superficie del carbón activado sea más porosa. La etapa de activación consiste en utilizar un agente oxidante para oxidar aún más la superficie del carbón activado carbonizado a alta temperatura, de modo que el área de superficie específica del carbón activado sea más grande y la capacidad de adsorción sea más fuerte.
En la etapa de secado de la producción de carbón activado, se eliminan principalmente los componentes volátiles. Esto se hace calentando el carbón activado a una temperatura de alrededor de 600 grados centígrados. Esto elimina el agua, el oxígeno y otros componentes volátiles, dejando atrás el carbono.
La etapa de carbonización a alta temperatura es una parte importante del proceso de producción de carbón activado. En esta etapa, parte de la materia orgánica adsorbida sobre el carbón activado hierve, vaporiza y desorbe, mientras que los componentes residuales quedan en los poros del carbón activado para ser carbón fijado. Para evitar la oxidación del carbón activo, el proceso se suele realizar al vacío o en atmósfera inerte.
Esta es la clave de todo el proceso de regeneración. En la siguiente etapa de activación, se introduce CO2, CO, H2 o vapor de agua en el reactor para limpiar los microporos del carbón activado y restaurar su rendimiento de adsorción.
La regeneración térmica es un método de recuperación de calor residual que utiliza calor residual a alta temperatura para regenerar un adsorbente para su uso posterior. El proceso de regeneración térmica generalmente requiere energía adicional para calentar, lo que puede resultar en mayores costos de inversión y operación. Sin embargo, el método tiene las ventajas de una alta eficiencia de regeneración y una amplia aplicabilidad.
Los equipos utilizados en este proceso son el horno de regeneración de carbón activado eléctrico y el horno de regeneración de carbón activado a gas. Este proceso utiliza altas temperaturas para eliminar los contaminantes del carbón activado.
Método de regeneración biológica
Este método consiste en utilizar bacterias domesticadas para resolver la materia orgánica adsorbida en el carbón activado y luego digerirla y descomponerla en H2O y CO2. La reactivación del carbón usado por este método se denomina método de regeneración biológica del carbón activado. La ventaja de este método es que puede lograr el propósito de regeneración de carbón activado mientras reduce el costo de eliminación de desechos.
El tamaño de poro del carbón activado es muy pequeño, generalmente de unos pocos nanómetros. Esto significa que los microorganismos no pueden entrar en los poros y que la autolisis celular (autodestrucción celular) se produce durante el proceso de regeneración. Las enzimas fluyen hacia el espacio extracelular y el carbón activado tiene un efecto de adsorción sobre las enzimas, formando un centro enzimático en la superficie del carbón. Esto cataliza la descomposición de los contaminantes y logra el propósito de la regeneración.
El método biológico de carbón activado es simple y fácil de implementar, con bajos costos de inversión y operación. Sin embargo, lleva mucho tiempo y depende en gran medida de la calidad y la temperatura del agua.
Método de regeneración de oxidación húmeda
El método de regeneración por oxidación húmeda es una opción popular para la regeneración con carbón activado. Bajo alta temperatura y presión, se usa oxígeno o aire para oxidar y descomponer la materia orgánica adsorbida en el carbón activado. A continuación, el carbón activado se extrae del reactor y se lava. La materia orgánica se descompone por completo y el carbón activado se devuelve a la unidad de adsorción. Todo el proceso se completa en un ciclo.
Las mejores condiciones de regeneración del carbón activado son las siguientes: temperatura de regeneración 230 °C, tiempo de regeneración 1 h, oxigenación PO 20,6 MPa, adición de carbón 15 g, adición de agua 300 mL. La eficiencia de regeneración alcanzó el 45±5 %, y después de 5 ciclos de regeneración, la eficiencia de regeneración solo disminuyó en un 3 %.
La oxidación parcial de los microporos de la superficie del carbón activado es la razón principal de la disminución de la eficiencia de regeneración. La eficiencia de regeneración del carbón activado disminuye a medida que el carbón se oxida parcialmente. La razón principal de la oxidación parcial del carbón activado es la presencia de oxígeno en la atmósfera de regeneración.
Método de regeneración de solventes
El método de regeneración de carbón activado con solvente es un proceso de ruptura del equilibrio de adsorción al cambiar la temperatura, el valor de pH del solvente y otras condiciones para desorber el material adsorbido del carbón activado. Este método aprovecha el equilibrio de fase entre el carbón activado, el disolvente y el material adsorbido. Al cambiar la temperatura y el valor de pH del solvente, el material adsorbido es forzado a dejar el carbón activado y ser recogido en el solvente.
Las ventajas del método de regeneración de carbón activado por solvente son que el semestre de regeneración es corto, la eficiencia de adsorción es alta y no produce contaminación secundaria. Las principales desventajas son que el costo de regeneración es alto, el proceso es complejo y el costo general del tratamiento del agua aumenta.
El método de regeneración de carbón activado por solvente es más adecuado para la adsorción reversible, como la adsorción de aguas residuales orgánicas con alta concentración y bajo punto de ebullición. Es más específico, a menudo un solvente solo puede desorber ciertos contaminantes, mientras que el proceso de tratamiento de agua de una amplia gama de contaminantes es variable, por lo que la aplicación de un solvente específico es limitada.
Método de regeneración electroquímica
El método de regeneración de carbón activado electroquímico es un nuevo tipo de tecnología de regeneración de carbón activado. En este método, el carbón activado se llena entre dos electrodos principales y se agrega un campo eléctrico de CC al electrolito. Bajo la acción de oxidación y reducción electroquímica, la materia orgánica adsorbida en el carbón activado se degrada o descompone y el carbón activado se regenera. La ventaja de este método de regeneración es que se puede realizar en poco tiempo y se mejora la eficiencia de uso del carbón activado. Este método también es más respetuoso con el medio ambiente que otros métodos de regeneración, ya que no produce subproductos nocivos.
El carbón activado se polariza bajo la acción de un campo eléctrico, siendo un extremo ánodo y el otro extremo cátodo, formando una celda microelectrolítica.
El método de regeneración de carbón activado electroquímico es fácil de operar y tiene alta eficiencia y bajo consumo de energía, y su objeto de tratamiento está sujeto a menos limitaciones, y si el proceso de tratamiento es perfecto, se puede evitar la contaminación secundaria.
Método de oxidación húmeda catalítica
El método tradicional de oxidación húmeda para regenerar carbón activado tiene una eficiencia relativamente baja pero un gran consumo de energía. La razón principal de la baja eficiencia de regeneración es la temperatura de regeneración. Sin embargo, el aumento de la temperatura de regeneración también aumentará la oxidación superficial del carbón activado, lo que reducirá la eficiencia de la regeneración.
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