用于儲氫
常用儲氫方法有高壓氣態(tài)儲氫、液化儲氫、金屬合金儲氫和有機液體氫化物儲氫、炭材料儲氫等,其中炭材料主要有超級活性炭、納米碳纖維以及碳納米管等,而超級活性炭因為原料豐富、比表面積大、表面化學(xué)性能修飾、儲氫量大、解吸速度快、循環(huán)使用壽命長以及容易產(chǎn)業(yè)化受到廣泛關(guān)注。有學(xué)者利用 CO2活化模板制備多孔碳,獲得了微孔介于0.7~1.3nm、中孔介于2~4nm、比表面積2829m2·g-1、孔容2.34cm3·g-1的超級活性炭材料,其在室溫298K、中等壓強8MPa條件下,對氫的吸附量可達(dá)0.95%。
21世紀(jì)以來,類似于金屬-有機框架的多孔固體材料為氫的吸收儲存開辟了新的發(fā)展方向。有學(xué)者在溫和條件下將活性炭引入到金屬-有機框架材料中,合成了具有高比表面積的活性炭-金屬-有機框架混合材料,在77K、10 MPa條件下,對氫的吸附量從8.2%提高到了13.5%??刂瞥壔钚蕴恐苽涔に?,得到適宜儲氫的比表面積和孔徑大小及分布,進而進行表面修飾,在室溫及中等壓強下,提高儲氫量是超級活性炭儲氫研究及應(yīng)用的關(guān)鍵。
生物再生法
利用微生物的新陳代謝,將吸附在活性炭上的污染物質(zhì)氧化降解的方法稱作生物再生法。活性炭的孔徑一般只有幾納米,微生物很難進入其孔隙內(nèi)部,通常微生物細(xì)胞酶可以流至細(xì)胞胞外,通過活性炭對酶的吸附,在炭表面形成酶促中心,分解污染物,達(dá)到再生的目的。生物法的投資和運行費用相對較低,但再生時間較長,水質(zhì)和溫度對再生效果的影響很大。同時,微生物處理污染物的選擇性很強,且一般不能將所有的有機物分解成CO2和H2O,其中間產(chǎn)物仍殘留在微孔中,多次循環(huán)后再生效率會明顯降低。
濕式氧化再生法
濕式氧化再生法是指在高溫高壓的條件下,用氧氣或空氣作為氧化劑,將處于液相狀態(tài)下吸附的有機物氧化分解成小分子物質(zhì)的一種處理方法濕式氧化再生法操作比較簡單、對吸附能力的影響小,炭損失率較低,通常適合處理毒性高,生物難降解的有機物。 [10]
以上均為傳統(tǒng)再生方法,通常,傳統(tǒng)的活性炭再生方法還有以下共同的不足:①活性炭損失較大;②再生后吸附能力會有明顯下降;③再生時產(chǎn)生的尾氣會造成二次污染。 [10] 隨著科技發(fā)展,出現(xiàn)了一些新興再生方法
微波輻射再生法
微波輻射再生法是采用熱再生法的原理而逐漸發(fā)展起來的活性炭再生方法。活性炭所吸附的吸附質(zhì)中大多數(shù)是強極性物質(zhì),它們比活性炭吸收微波的能力強,因此可以用熱解吸的方法來再生。吸附的極性分子,由于微波輻射誘導(dǎo)而極化,相互碰撞、摩擦產(chǎn)生高熱量,從而將微波能量轉(zhuǎn)化為熱能。被吸附的水和有機分子受熱揮發(fā)和炭化,孔道重新打開,恢復(fù)吸附活性。同時,活性炭本身吸收微波而升溫,因溫度過高而燃燒,導(dǎo)致燃燒失去一部分炭,炭孔徑擴大。 [10]
微波再生方法的特點是加熱時間短、再生,同時因為加熱過程中是進行選擇性加熱,能耗很低。然而,微波再生方法還不夠成熟,很多重要問題需要亟待解決:①微波加熱的機理研究不夠深入,需要建立模型,獲得更均勻的微波場;②微波發(fā)生器大多由家用微波爐改裝,的微波再生加熱裝置亟待設(shè)計和開發(fā)。
超臨界流體再生法
超臨界流體(SCF)的優(yōu)點是密度大,溶解度大,傳質(zhì)速率高,擴散性能好,表面張力小。吸附的有機物非常容易溶于SCF溶劑。通過改變溫度和壓力,可以有效地將有機物與SCF分離,達(dá)到活性炭再生的目的。
超臨界流體(SFE)法再生活性炭中,常用的超臨界流體為超臨界CO2。該法對吸附類型是化學(xué)吸附的有機物再生效率不高,同時對工藝的技術(shù)及設(shè)備材料的要求比較高,投資費用大。該方法的研究還大都處于實驗室規(guī)模,離實現(xiàn)工業(yè)化還有一定差距。