Регенерация сорбентов
Сорбция относится к обратимому процессу, при котором поглощенное сорбентом вещество может переходить обратно в раствор. Скорость протекания процесса сорбции и обратного процесса десорбции зависят от концентрации вещества в растворе и на поверхности сорбента.
На начальном этапе процесса концентрация вещества в растворе максимальна, поэтому скорость сорбции тоже максимальна.
По мере того, как растет концентрация вещества на поверхности сорбента, растет и количество молекул, переходящих обратно из сорбента в раствор.
При достижении равновесной концентрации количество сорбируемых из раствора молекул в единицу времени сравнивается с количеством молекул, переходящих с поверхности сорбента в раствор. При этом концентрация раствора становится постоянной.
Если после достижения момента равновесия незначительно повысить концентрацию раствора сорбата, то какая-то часть растворенных веществ будет еще поглощена сорбентом.
После полного использования сорбционной емкости сорбента равновесие перестанет восстанавливаться. То есть дальнейшее повышение концентрации растворенного вещества в растворе не повлияет на количество сорбируемого вещества.
Регенерация активированного угля
Вещества, поглощенные активированным углем в процессе адсорбции, извлекают десорбцией насыщенным или перегретым паром. Еще один вариант — десорбция нагретым инертным газом.
Температура перегретого пара при избыточном давлении 0,3-0,6 МПа составляет 200-300 °С. Температура нагретых инертных газов — 120-140 °С.
При отгонке легколетучих веществ расход перегретого пара составляет 2,5-3 кг на 1 кг отгоняемого вещества. Для высококипящих веществ расход пара принимают в 5-10 раз больше.
Пары после процесса десорбции конденсируют, и поглощенное вещество выделяют из конденсата.
Для регенерации активированного угля может быть использован метод экстракции или жидкофазной десорбции низкокипящими растворителями.
Органические растворители — метанол, бензол, толуол, дихлорэтан — используются для регенерации в нагретом состоянии или без нагревания.
После окончания регенерации остатки растворителей из угля удаляют при помощи острого пара или инертного газа.
В случае десорбции из адсорбента слабых органических электролитов их предварительно диссоциируют.
Диссоциированные ионы электролитов переходят в раствор, находящийся в порах активированного угля. Ионы из пор удаляются горячей водой, растворами кислот или щелочей (в зависимости от вида электролита).
Иногда для эффективной регенерации адсорбированное вещество путем химической реакции переводят в другое вещество, которое легче извлечь из сорбента.
Если вещество не имеет ценности, его разрушают деструктивными окисляющими реагентами — хлором или озоном, либо методом нагревания.
Термическая регенерация проводится в бескислородной атмосфере при температуре 700-800 °С. При регенерации часть адсорбента — до 15-20%— теряется.
Имеются опытные разработки для биологической регенерации активированных углей, при которых происходит биохимическое окисление адсорбированных веществ. Биологическая регенерация позволит существенно удлинить срок службы адсорбента.
По отношению с адсорбированным веществам различают регенеративную и деструктивную сорбцию. При регенеративной сорбции извлеченные вещества подвергают дальнейшей утилизации. При деструктивной сорбции собранные вещества уничтожают.
В зависимости от того, каким образом и какие вещества удаляются при сорбционной очистке, используют разные методы для регенерации или уничтожения сорбента.
Методы извлечения поглощенных веществ из сорбента:
- экстрагирование при помощи органических растворителей;
- диссоциация слабого электролита в равновесном растворе;
- отгонка поглощенного вещества с водяным паром;
- испарение поглощенного вещества под действием потока инертного газообразного теплоносителя.
В некоторых случаях целесообразно проводить сначала химическую реакцию сорбированных веществ, а затем десорбцию полученных продуктов реакции.
Для десорбции легколетучей органики — бензола, толуола, нитробензола, этилового спирта — применяют воздух, инертные газы или водяной пар.
Воздух при десорбции имеет температуру 120-140 °С, перегретый пар — 200-300 °С, дымовые или инертные газы — 300-500 °С.
Для отгонки легколетучих веществ, сорбированных на активированном угле, расход пара составляет 3-12 кг на 1 кг поглощенного вещества. Для десорбции могут использоваться низкокипящие и легко перегоняющиеся с водяным паром растворители — бензол, бутилацетат, дихлоэтан или толуол.
Десорбция происходит при охлаждении или при нагревании, затем растворитель отгоняется из сорбента при помощи острого пара или теплоносителя.
Деструктивная очистка предусматривает использование методов окисления или высокотемпературного нагрева. Потери адсорбента — активированного угля— при термическом методе десорбции составляют 5-10 %.
С учетом потерь активированного угля затраты на сорбционную очистку на 30-35% состоят из расходов на сорбент.
