一种含全氟化合物废活性炭的再生方法技术

本发明专利技术公开了一种含全氟化合物废活性炭的再生方法，将吸附有全氟化合物的废活性炭放入高温熔融盐或熔融碱体系中处理再生，然后经过冷却、溶解、过滤、干燥后得到再生活性炭和盐溶液。本发明专利技术不仅对废活性炭进行了高效再生，而且对被吸附的全氟化合物中的氟元素进行了高效矿化。本发明专利技术在消除环境污染风险和固体废弃物资源化方面优势突出，具有再生效果好、处理量大、对环境无污染等特点。对环境无污染等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种含全氟化合物废活性炭的再生方法


[0001]本专利技术属于废弃活性炭中吸附质持久性有机氟污染物的热解脱氟
，具体涉及一种含全氟化合物废活性炭的再生方法。

技术介绍

[0002]随着人类工业水平的进步，越来越多人工合成的化学品在工业上得以应用。但是其中一些物质对环境和生物体都存在着潜在危害，全氟化合物(Perfluorochemicals，PFCs)就是其中一类被广泛关注的新兴污染物1。由于其具有高热稳定性、疏水疏油性和较高的表面活性等特性，而被化工、纺织、涂料、皮革等行业广泛应用。但是PFCs性质稳定不易在环境中分解，会在人体富集，并且这些物质具有肝脏毒性、心脏毒性、生殖毒性、神经毒性以及其他的一些潜在毒性2。所以关于PFCs的去除技术一直是研究热点。
[0003]由于活性炭价格低廉且吸附性能优秀，目前来说，活性炭是PFCs的主要去除手段，得到了广泛的使用。但是，随着活性炭的使用也出现了一系列问题。PFCs只是从液相迁移到了固相中，且没有降解成无毒或毒性更弱的物质，有二次污染的风险，所以PFCs废活性炭必须进行安全处置。并且从资源循环的角度来看，活性炭还需进行再生处置来提高资源利用率，降低使用成本3。因此亟待开发一种含PFCs的活性炭绿色再生手段，从而最终形成吸附
‑
再生
‑
吸附的高效绿色可循环的PFCs处置路径。
[0004]一般来说，现阶段针对PFCs的控制技术主要有生物降解法、光降解法、芬顿氧化法、超声法、吸附法等4。吸附法的吸附装置构造简单、容易运行，其可以对较高浓度的PFCs废水进行处理且去除率高，因此得到了广泛应用。但是部分吸附剂价格较高且不易获得，就使廉价易得的活性炭成为了实际生产过程中使用最多的PFCs吸附剂。由于活性炭只是初步的将液相中的PFCs转移到了固相当中，起到了提取富集的作用。废活性炭的不当处理会存在二次污染的危险，因此还需要开发PFCs废活性炭的安全处置和再生方法5。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于解决由于废弃的含全氟化合物的活性炭不当处理造成的资源浪费和环境污染问题，提出一种高效、绿色、环保的含全氟化合物废活性炭的再生方法，使得活性炭在高效再生的同时，对其中的吸附质全氟化合物也能实现绿色、环保的脱氟处理。
[0006]实现本专利技术目的的具体技术方案是：
[0007]本专利技术提出了一种含全氟化合物的废活性炭的再生方法，将含有全氟化合物的废活性炭在高温下经过熔融盐或熔融碱体系反应后，将反应冷却后的盐溶解，分离出再生活性炭组分，再将其干燥后可以得到能够重新使用的再生活性炭和盐溶液。并且全氟化合物中的氟元素经熔融盐或熔融碱处理后转移至反应体系中，降低了环境污染的风险，具体包括以下步骤：
[0008](1)将含全氟化合物的废活性炭放入反应炉中，然后加入盐或者碱，通入惰性气
体；
[0009](2)打开反应炉开关调节参数，开启反应炉加热开关进行反应，冷却后得到碱或者盐和活性炭的混合物；
[0010](3)将步骤(2)冷却得到的混合物加水溶解后过滤得到活性炭和盐溶液，再将活性炭干燥后得到再生活性炭。
[0011]本专利技术步骤(1)之后还包括后处理步骤：关上反应炉炉盖，用工具上法兰，以保持反应炉的密封性。
[0012]步骤(1)中，所述全氟化合物为全氟辛烷磺酸及其盐类、全氟辛酸及其盐类、全氟丁烷磺酸及其盐类等中的一种或多种；优选地，为全氟丁烷磺酸。
[0013]步骤(1)中，所述盐为碳酸盐、碳酸氢盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、氯盐等中的一种或多种；优选地，为碳酸盐。
[0014]步骤(1)中，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化铁、氢氧化铜等中的一种或多种；优选地，为氢氧化钠。
[0015]步骤(1)中，所述全氟化合物与盐或者碱的质量比为(1
‑
5)：(200
‑
300)；优选地，为1：200。
[0016]步骤(1)中，所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氪气、氙气等中的一种或多种；优选地，为氮气。
[0017]通入“惰性气体”的目的为防止全氟化合物发生氧化反应。
[0018]步骤(2)中，所述反应的温度为150
‑
1800℃；优选地，为700℃。
[0019]步骤(2)中，所述反应的时间为5
‑
120min；优选地，为15min。
[0020]步骤(2)中，所述反应炉自动加热，直到反应结束，等反应炉冷却至室温。
[0021]步骤(3)中，所述过滤的具体步骤为，对含活性炭溶液进行真空抽滤，得到熔盐反应后的再生活性炭。
[0022]步骤(3)中，所述再生活性炭的再生利用率大于80％。
[0023]步骤(3)中，所述氟元素的脱除效率大于75％。
[0024]本专利技术方法首次提出熔融盐/熔融碱在选定条件下的使用，实现了现有技术无法实现的“在氟元素脱除的同时再生活性炭”。
[0025]本专利技术方法的实质创新在于特定的熔融盐或熔融碱在高温下对碳具有刻蚀能力，其在500℃以下首先会发生脱水反应，在这之后活性炭会和其产物发生水煤气反应和水煤气的转化反应，也都可以看成是熔融盐或熔融碱存在下的催化反应。刻蚀碳最终反应生成碳酸盐，进而提高再生碳的再生利用率。整个反应主要有碳酸盐、H2和少量的H2O产生。
[0026]在熔融碱对全氟化合物PFCs的脱氟反应方面：如果对于单氟代烃来说，其极易发生亲核取代反应，容易被亲核试剂(如电离子
‑
OH、
‑
OCH3)进攻而导致氟原子带走一对电子，以负离子的形式离开，碳原子再和亲核试剂上的电子形成新的共价键。而本专利技术提到的全氟化合物PFCs，其碳原子上连有多个氟原子，多个氟原子相互影响导致碳正离子不易被解离，不利于OH
‑
对碳原子的进攻而发生水解反应。因此，本专利技术创新性的提出将含有全氟化合物的废活性炭在高温下经过熔融碱体系反应，使得C
‑
F键可以通过加氢脱氟反应转变为C
‑
H键，熔融碱中的氢原子取代了PFCs上的全部氟原子，使得反应在与磺酸基团相邻的α碳处开始，并通过全氟烷基链进行到末端的三氟甲基部分。PFCs废活性炭使用熔融碱的再活
化过程对其脱氟过程有促进作用，从而提高氟元素的脱除效率。
[0027]目前国内对于含全氟化合物废活性炭的主要处理方式为焚烧处理，一方面活性炭被焚烧会产生大量的CO2，加剧温室效应的形成和资源的浪费。另一方面，全氟化合物在高温下会裂解产生大量的CF4和C2F6，会严重危害大气环境。本专利技术采用熔盐法处理含全氟化合物的废活性炭，可以在保留无机物的同时破坏有机物，可以较好的对氟元素进行捕捉，极大地减少含氟气体的产生。本专利技术提出的方法降低了活性炭再生过程中有害含氟气体的产生，同时对含全氟化合物的废活性炭进行了无害化和资源化。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含全氟化合物的废活性炭的再生方法，其特征在于，将含全氟化合物的废活性炭经高温熔融盐或者熔融碱反应再生，而后经过冷却、溶解、过滤、干燥后得到再生活性炭和盐溶液。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：(1)将含全氟化合物的废活性炭放入反应炉中，然后加入盐或者碱，通入惰性气体；(2)打开反应炉开关调节参数，开启反应炉加热开关进行反应，冷却后得到碱或者盐和活性炭的混合物；(3)将步骤(2)冷却得到的混合物加水溶解后过滤得到活性炭和盐溶液，再将活性炭干燥后得到再生活性炭。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述全氟化合物为全氟辛烷磺酸及其盐类、全氟辛酸及其盐类、全氟丁烷磺酸及其盐类中的一种或多种；和/或，所述盐为碳酸盐、碳酸氢盐、硝酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、氯盐中的一种或多种；和/或，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化铁、氢氧化铜中的一种或多种。4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹路，沈智超，许振明，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：