制三聚氯氰用活性炭催化剂再生处理实验研究

官香元

（大连东泰产业废弃物处理有限公司，辽宁大连116001）

用活性炭做催化剂常压气相催化聚合制三聚氯氰，是国内外普遍采用的方法[1]，而失活活性炭催化剂的处理和再生利用可以避免其排放对自然界生态环境的危害，变废为宝，同时还可以有效地降低生产成本。

为了进一步探讨失活活性炭催化剂的再生利用的可行性，研究其再生效果，为以后的再生处理提供可行的工艺方案，研究探讨了不同的活化工艺条件和过程因素对活性炭再生效果及吸附性能的影响。

1 实验仪器与方法

1.1 再生活化实验

活性炭再生方法有很多，主要有再生法、溶剂法、电化学再生法、光催化再生法等[2，3]。

本实验再生方法为将失活活性炭催化剂样品置于活化炉中，在氮气保护下加热到高温，然后通入再生活化剂，保持一定的时间后，自然冷却至室温，然后测试其吸附性能。

1.2 吸附性能测定

1.2.1 碘吸附值的测定

碘吸附值的测定依照GB/T 12496.8-1999。

1.2.2 亚甲基蓝吸附值测定

在120℃下，将活性炭烘干120min，然后在干燥器中冷却至室温，准确称取0.1g（精确到0.0001g）试样放入称量瓶，用标准亚甲基蓝溶液滴定。

1.2.3 苯吸附值的测定

苯吸附值是通过静态法测定的，即首先将样品在120℃下烘干2h，然后准确称取2 g放入称量瓶中，将装有样品的称量瓶放入底部盛有液态苯的干燥器中，72h后取出称量，从而求出单位质量样品所能吸附苯的质量。

2 失活活性炭再生实验结果及分析

2.1 活化温度对活性炭收率及吸附性能的影响

以一定质量失活活性炭为样品，在水炭比为2∶1，水蒸气活化时间为30min的条件下，探讨了不同活化温度对失活活性炭再生效果及产品吸附性能的影响，其结果如表1。

表1 活化温度对活性炭收率及吸附性能的影响

由表1可以看出，活化及活化温度对失活活性炭再生效果及产品吸附性能的影响是很大的。与未活化活性炭相比，在相同的温度下，活化使失活活性炭的吸附性能有了明显的提高，而收率降低的较少。随着活化温度的提高，产品活性炭的吸附性有了进一步的提高，而收率则显著地减少。当活化温度达到875℃时，产品活性炭对碘、亚甲基蓝值、苯等物质的吸附能力已经达到了新活性炭的水平，进一步提高活化温度，则使再生活性炭产品的吸附性能明显的超过新活性炭的吸附性能。这表明活化使失活活性炭的孔结构性能得到了完全恢复，并随着活化温度的升高，活性炭的孔隙结构更加发达，比表面积进一步增大。但当温度提高到930℃时，则使产品活性炭的吸附能力如亚甲基蓝值有所下降，这说明进一步提高活化温度，可能一部分已形成的中孔结构出现塌陷，遭到破坏，会降低再生活性炭产品的吸附性能。其原因主要是因为炭与活化剂H2O的反应是吸热反应，反应温度的提高加快了该反应的速率，不仅使更多的炭参与反应，造成了产品活性炭收率的明显降低，同时也使已形成的孔结构因过度活化出现塌陷，遭到破坏。因此，要得到吸附性能良好的再生活性炭产品一定要把活化温度控制在一个适宜的温度范围如 875～900℃。

2.2 活化时间对产品活性炭收率及吸附性能的影响

表2给出了水炭比为2∶1，活化温度为875℃的条件下，水蒸气活化时间对再生活性炭产品收率及吸附性能的影响。

表2 活化时间对产品活性炭收率及吸附性能的影响

可以看出，随着失活活性炭活化时间的延长，再生活性炭产品的收率逐渐降低，吸附能力逐渐提高，特别是亚甲基蓝值、苯值均有比较明显的增加。这表明活化不仅使活性炭表面形成了一些新的微孔结构，同时使一些孔隙结构得到了进一步的扩张产生了一些中孔结构，并随着活化时间的延长活性炭的孔隙结构的扩张得到进一步的强化，使活性炭的孔隙结构更加发达，比表面积增大。然而，长时间的活化则会使活性炭的孔隙结构扩张过度，造成部分孔隙结构塌陷，不仅会降低活性炭的强度，也会降低活性炭的吸附能力。因此，在失活活性炭活化过程中，也应该有效地控制活化时间，避免造成不必要的损失。适宜的失活活性炭再生活化时间应控制在30～50min之间。

2.3 水炭比对活性炭收率及吸附性能的影响

表3给出了活化温度为875℃，活化时间为30min的条件下，水蒸气用量对再生活性炭产品收率及吸附性能的影响。

表3 不同水炭比对产品活性炭收率及吸附性能的影响

可以看出，增加水蒸气用量对产品活性炭的收率影响较小。但对产品活性炭产品的吸附性能影响较大，其中亚甲基蓝吸附值、苯吸附值提高的比较明显，这与活化时间的影响效果是一样。这表明提高水蒸气用量可以促进活性炭孔隙结构进一步的扩张形成一些中孔结构。然而过度的增加水蒸气用量，将会减小活性炭的吸附能力。因此，在进行失活活性炭再生活化时应控制水蒸气的用量，适宜的水蒸气用量为活性炭的2～3倍。

3 结论

由以上的研究结果可以看出，失活活性炭催化剂经水蒸气高温活化处理后，其吸附性能均有非常显著的提高，已经接近或超过新鲜活性炭的吸附性能，这表明失活活性炭催化剂经活化再生处理后其吸附性能完全可以恢复，可重新用于三聚氯氰的合成生产中，实现失活活性炭催化剂的再利用。通过上述的研究结果分析，我们得出的失活活性炭催化剂的最佳活化再生工艺条件与参数为：活化温度为：875～900℃；活化时间为：30～50min；水蒸气用量为：活性炭量的2～3倍。