常用吸附剂及其回收再生技术研究

＊左雨欣 任晓聪

（湖北大学知行学院生物与化学工程学院 湖北 430014）

吸附剂的再生对节省环境治理等方面的投入成本和减少环境污染有着重要意义。吸附剂在吸附一种或多种有害杂质后，自身也就成了有害的物质，采取合适的处理后方可重复利用[1]。具体采用哪种再生方法，主要取决于吸附剂的种类及被吸附杂质的特性。

吸附法能有效去除水体或大气中微量污染物，与其他方法相比较，吸附法在处理过程中具有明显的优势，但吸附剂的再生是吸附法推广应用中面临的关键问题。所谓吸附剂的再生，是指运用有效的方法对饱和吸附剂进行脱附，在不破坏吸附剂原本结构的前提下，释放吸附位点，恢复其吸附能力，从而达到循环利用的目的。

1.常用吸附剂

(1)活性炭

活性炭是一种经多工序制备得到的具有大量微孔结构、比表面积大、化学性能稳定的绿色环保吸附剂[2]。因其良好的吸附性能，所以在废水处理、环境治理、空气净化等领域发挥着重要作用。

目前在工业生产过程中绝大多数活性炭经一次利用后就被废弃、掩埋或焚烧，造成了严重的环境污染与大量的资源浪费，这与我国当前倡导的可持续发展战略目标不适应。这使得活性炭在推广使用中受到严重限制。为缓解现状，探索废炭的再生并重复使用、实现活性炭寿命的延长意义重大[3]。

(2)硅胶

硅胶是一种具有空间立体网状结构的固态吸附剂、比表面积大、孔隙结构丰富。硅胶主要由二氧化硅（SiO2）组成，化学性质稳定。硅胶具有吸附性能好、可循环使用、性质稳定、高效环保等特点，受到广泛的关注并被运用于大量的研究中[4]。但硅胶因其结构特性也存在的一定的缺点：如不耐高温，一旦超过额定温度会不可逆性失活；机械强度不理想，应用过程中会发生粉化。

(3)沸石

对于沸石，其吸附作用很大程度上取决于其庞大的比表面积，当沸石的孔隙率和表面活性发生变化时，其吸附能力和离子交换能力也会明显提高，此类吸附主要是化学吸附[5]。沸石晶体中有许多相同大小的孔道结构，比表面积大。沸石是具有骨骼结构的多孔含水铝酸盐晶体的一类物质。沸石具有特殊的硅（铝）氧四面体结构，因其有庞大的比表面积，良好的吸附性能。

(4)活性氧化铝

活性氧化铝（Al2O3）具有大量孔隙结构、较大的比表面积[6]，因此具备良好的吸附能力，外形多为白色球形，孔径一致，外表光滑，具有较高机械强度，吸附后不胀大、表面不开裂。

2.回收再生技术

(1)热再生法

热再生法的原理是利用高温条件下，使其中的吸附质炭化，经一系列处理后，最终转化为气态从吸附剂中去除[7]。经调查对比发现，热再生法具有吸附剂再生率高，再生时间短且对环境污染小等特点。但在运用过程中，存在处理后吸附剂表面积减小、吸附剂损失大等劣势，此外，该技术对生产所需设备要求十分严格，实际运用费用高，限制了该法在实际生活生产中的推广使用。

(2)微生物再生法

微生物再生法是指将经过特殊培养方法得到的微生物用于处理吸附在吸附剂表面的杂质的再生技术，杂质最终氧化分解为二氧化碳和水[8]。微生物再生法的适用范围具有一定局限性，脱附效果取决于吸附质的性质，对易于被微生物降解、易脱附且为可逆吸附的吸附质效果较好。该方法虽然操作简单、不损害吸附剂的结构、对环境友好；但许多吸附难以被降解、所需微生物要专门培养，同时再生所需时间长。

(3)溶剂萃取法

溶剂萃取法是指运用化学试剂与吸附质之间存在化学反应使吸附质溶解于溶剂相中从而分离出吸附质的再生技术[9]。该技术对吸附剂结构破坏性小，但一种萃取溶剂只特定性的针对一些吸附质，如果吸附质组成复杂，就必须采用多种萃取剂混合脱附。同时，处理后的吸附剂吸附位点并未得到完全释放，处理过程中被萃取出来的吸附质没有被去除，只是被转移到了萃取剂中，对后续处理造成困难。

(4)超声波再生法

此法利用超声波作用，对吸附剂施加能量，使吸附剂与吸附质之间的结合力减小，从而发生脱附再生[10]。超声波再生法耗能少、操作简单可行、作用效果统一、便于对有用物质的回收。如果吸附剂的机械强度低，在超声波作用下吸附剂的孔隙结构被一定程度的破坏，但在整个过程中超声波对吸附剂的影响不大。超声波再生法时间短、减小了对环境的污染和资源浪费，具有广阔的研究前景。

(5)微波再生法

该技术原理虽与热再生工作原理相似[11]，但是应用上与热再生处理方法又有一定的区别。吸附剂吸附的污染物具有较好的吸收微波的能力，利用微波作用产生高温，吸附在吸附剂表面的吸附质被炭化或被燃烧分解。微波再生法具有环保高效、耗时短、操作简便、再生效率好等优点，但在运用上的研究实践较少，该方法将成为吸附剂再生技术研究热点。

(6)超临界流体再生法

超临界流体是指温度和压力均超出临界状态的流体，既非液体也非气体。超临界流体对温度和压力的变化十分敏感，利用这一特性通过改变温度或压力使吸附质的溶解能力改变，从而实现脱附再生[12]。选择合适的萃取剂对该技术的应用起决定性作用，目前采用二氧化碳作为萃取剂。超临界流体再生法的优点是不改变物质原本的性质、吸附剂再生效果好、对吸附质的结果基本无损害，但缺点是需要特定的设备且需耐高温，该技术还处于试验阶段，还需大量的研究后方可投入使用。

3.吸附剂再生法存在的问题以及解决方法

(1)存在的问题

目前，环境治理问题成为制约社会发展的关键因素，吸附剂吸附是对环境治理的有效手段。吸附剂再生技术虽在试验阶段取得了较好的效果，但有些技术还仅仅停留在理论层面，在实践过程中遇到的难题丞待解决，比如：

①根据吸附剂应用的场景不同，吸附质也存在差异，当前再生技术不具有通用性，无法同时处理多种杂质，使得吸附再生技术的发展受到了一定的制约。

②采用已有的再生技术对吸附剂进行再生处理后吸附容量明显下降，难以达到再生运用标准。

③目前关于吸附剂再生技术机理的研究和技术的创新较少，使得吸附剂再生在技术层面难有大突破，难以适应日益增大的需求量。

④仅重视对技术的研究，而忽视了对吸附剂再生处理后的讨论，如；吸附剂与再生环境的分离问题的讨论，需要探索高效的分离技术，使前期再生处理有意义。

(2)解决方法

针对吸附剂再生技术在实际运用过程中遇到的难题，必须及时进行反思并采取应对措施。打破思维定式，探索创新方法，不断完善目前已有的技术，这样才能有效改善吸附剂再生技术现况。同时通过不断的学习，加快吸附剂再生技术研发进程。

4.展望

各种再生技术各有其优缺点，在应用中应根据吸附剂种类和吸附质的特性选择适用的再生技术。随着吸附剂的应用逐渐走向工业化，吸附剂再生技术的持续更新，吸附剂再生技术必将会得到大量的工业应用。在实际生产中污染物逐渐趋于多样化，由此运用再生法处理吸附剂时可采用多种技术联合使用的手段，以达到更好的处理效果。近年来，多种新兴再生技术刚刚起步在今后的发展中加以完善很可能成为日后再生的核心技术。在日益严苛的环境治理条例和绿色化工生产的背景下，使新兴技术的研发朝着节能环保、效果佳、安全的理想化状态靠拢是大势所趋更是实现再生技术广泛应用的核心所在。