科创中国

行业领域

新能源及节能技术,可再生清洁能源技术,生态环境建设与保护技术

需求背景

目前活性炭再生方式有蒸汽脱附、热空气脱附、热氮气脱附等方式，这些方式都存在热利用效率低，能耗高，不能够适用不同类别的活性炭再生等缺陷。荆门市拓达科技有限公司于2023年决定开展《活性炭微波再生及污染控制关键技术研究》项目攻关。

微波是频率在300兆赫兹到300千兆赫兹的电磁波。活性炭以及吸附饱和的有机物、水分子都是吸波性极强的极性分子，它在迅速变化的高频电磁场作用下，其极性取向将随着外电场的变化而变化，造成分子的运动和相互摩擦效应。此时微波场的场能转化为介质内的热能，使物料温度升高，产生热化和膨化等一系列的物化过程而达到微波加热脱附有机物的目的。

需解决的主要技术难题

如何将微波加热技术与活性炭吸波性极强的特性结合应用，形成活性炭装载方式、输送方式、脱水、加热控制、VOCs冷凝回收、分离、尾气治理、污染控制等系统工艺？需要进一步研发。

（1）微波再生改性及其工艺参数对活性炭孔隙和吸附性能影响

微波改性是在微波辐照下利用微波热作用使活性炭内部被快速加热，该方法不仅能够使活性炭内部产生新的孔道，而且能够在孔道受到热作用下使孔结构发生改变，同时部分表面官能团也发生变化。因此，重点研究微波诱导铜离子负载改性对活性炭吸附性能的影响，并与水煮、盐酸的传统改性方式进行比较。从微波时间、微波水量、微波温度、“热点”控制剂种类进行单因素试验，分析各因素对微波再生改性的影响。

（2）吸附水体有机污染物的活性炭微波-氧化联合再生技术开发

微波单独加热时，微波发射出的能量不能够完成分子之间化学键的重组和破坏。而对高级氧化技术在水处理方面的研究大多仍停留在利用传统的活化方式，如热活化或者类Fenton活化来活化过硫酸钾，这些方法处理的效果一般，且耗时久，能量损失大。因此，通过利用微波快速产生的高能量来激活过硫酸盐，有效降解废水及对吸附废水中有机污染物的饱和活性炭进行快速再生，有待进一步深入研究。

期望实现的主要技术目标

真空解吸法可以较好地保持物质的回收纯度，一定程度上可以避免活性炭吸附剂和有机吸附质发生高温氧化反应，减少再生系统的安全隐患。鉴于微波-真空联用技术在物料干燥行业的良好应用，开发一种活性炭微波-真空耦合再生工艺：①模拟活性炭吸附装置在吸附低浓度废水或废气中有机污染物的实际工况，以此研究和寻找出活性炭对低浓度有机污染物的动态吸附规律，以及处理适用于低浓度有机污染物的活性炭再生。②寻找出可以使活性炭床层在再生过程中维持适宜温度（120±10 ℃），比常规加热-真空再生工艺的效果大幅提升、运行成本减少的操作方法，有效提高有机污染物的解吸率和活性炭的再生效率。

不同环境和工况下的活性炭，其吸附的有机污染物不一样，包括可以回收资源化的有机溶剂和不可回收的VOCs类别，如何最大限度地回收、分离、资源化？如何在符合国家污染物达标排放要求下，最小限度排放？均是需要研究的问题。

改性后活性炭和再生活性炭试验方法依据国标《GB/***》为准测试样品的碘值，其中碘标准溶液按照《GB/T 601-2016》标准配置。合计挥发炭损与灰化炭损为总炭损即再生前后样品的总质量差。以再生时耗电量除以炭质量记为比能耗。

如有其他测试需求可在试验前期依据活性炭检测国家标准进行商议；活性炭的再生成本和利润核算方法按需求方要求的方法计算。

主要指标：

（1）改性再生后的活性炭吸附效率相较于未改性提升20%以上；

（2）在相同的真空度下，使微波辐射下的真空脱附率大于常规加热-真空脱附60%以上；

（3）再生工艺成本降低50%以上；

（4）使微波-氧化活性炭再生效率达到90%以上；

（5）活性炭5次重复再生率保持50%以上。

需求解析

解析单位：“科创中国”华中科技大学智能制造专业科技服务团（华中科技大学） 解析时间：2023-08-24

王正伦

华中科技大学科协

主任

综合评价

该技术需求背景介绍和需要解决的主要技术难题分析比较清晰，研发内容和期望实现的技术目标明确。 开展的项目研究对行业技术提升具有重要的现实意义，项目研究成功对推动行业的技术进步具有重要的意义。 企业综合实力较好、研发实力较强、发展前景好。技术需求真实，市场潜力大。

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处理进度