O que é o carvão ativado
O carvão ativado, também conhecido como carvão vegetal ativado, é uma forma de carvão que foi processado para ter uma área de superfície elevada e uma estrutura de poros elevada. É feito de uma variedade de materiais, incluindo madeira, carvão e cascas de coco, que são carbonizados e depois tratados com um agente oxidante, como vapor ou ar, para aumentar a área de superfície e a porosidade.
O carvão ativado tem uma estrutura altamente porosa, com muitos poros pequenos e interligados que lhe conferem uma grande área de superfície. Isto permite-lhe adsorver, ou atrair e reter, uma vasta gama de impurezas e contaminantes de gases e líquidos. É normalmente utilizado numa variedade de aplicações, incluindo a purificação da água, a purificação do ar e a remoção de contaminantes de fluxos de processos industriais.
O carvão ativado é um adsorvente altamente eficaz e é utilizado numa vasta gama de indústrias, incluindo as indústrias química, farmacêutica, alimentar e de bebidas, e ambiental. Também é utilizado em produtos de consumo, como filtros de água e purificadores de ar.
Porquê a regeneração com carvão ativado
A regeneração de carvão ativado é o processo de restaurar a capacidade de adsorção do carvão ativado usado ou gasto. O carvão ativado torna-se menos eficaz na adsorção de impurezas ao longo do tempo, à medida que fica saturado de contaminantes. Quando isto acontece, o carvão ativado tem de ser regenerado para restaurar a sua capacidade de adsorção.
Existem várias razões pelas quais a regeneração do carvão ativado é necessária:
- Custo: Regenerar o carvão ativado usado é geralmente menos dispendioso do que comprar carvão ativado novo, o que o torna uma opção económica.
- Sustentabilidade: Regenerar o carvão ativado usado em vez de o deitar fora e comprar carvão ativado novo ajuda a reduzir os resíduos e a conservar os recursos.
- Desempenho: A regeneração do carvão ativado usado pode restaurar a sua capacidade de adsorção, permitindo-lhe funcionar no seu nível ótimo.
Em geral, a regeneração do carvão ativado é um processo importante que ajuda a garantir a utilização eficiente e rentável do carvão ativado, ao mesmo tempo que promove a sustentabilidade e o desempenho ideal.
Métodos comuns de regeneração de carvão ativado
Existem vários métodos comuns utilizados para regenerar o carvão ativado:
Regeneração térmica do carvão ativado
O método de regeneração térmica pode ser geralmente dividido em três fases, sendo a primeira a fase de secagem do carvão ativado saturado. O carvão ativado usado contém uma grande quantidade de água, que é cerca de 50 %. A fase de secagem evapora a água dos poros e a matéria orgânica de baixo ponto de ebulição por meio de aquecimento.
Segue-se a fase de carbonização do material adsorvido. A temperatura desta fase é de 350°C. O objetivo desta fase é carbonizar as substâncias voláteis nos poros do carvão ativado e as substâncias orgânicas com pontos de ebulição elevados, e as substâncias orgânicas com pontos de ebulição elevados são decompostas e carbonizadas nos poros do carvão ativado.
Finalmente, o carvão ativado é ativado. Nesta fase, a temperatura está entre 800 e 1000 ℃, e o carbono deixado na fase anterior é oxidado por dióxido de carbono e vapor de água para se decompor. Alguns estudiosos usaram este método para regenerar o carvão ativado usado de uma empresa farmacêutica, e melhoraram o processo para alcançar as melhores condições, o que mostrou que o rendimento do carvão ativado regenerado poderia chegar a 86,9% e a taxa de descoloração poderia chegar a 99,94%.
O método de regeneração térmica tem as vantagens de um tempo de processo curto, de uma taxa de regeneração elevada e de não ser necessário recorrer à utilização prévia de resíduos de carvão ativado. O método de regeneração térmica tem como vantagens o curto tempo de processo, a elevada taxa de regeneração, a ausência de seletividade para a utilização prévia de resíduos de carvão ativado, a utilização universal da recuperação de carvão ativado para várias aplicações e a ausência de resíduos líquidos gerados durante o processo de regeneração. O processo de regeneração não produz qualquer líquido residual. A principal poluição gerada é a poluição dos gases de escape.
Forno elétrico de regeneração de carvão ativado é o principal equipamento para a regeneração térmica do carvão ativado.
Regeneração por solventes
O princípio básico do método de regeneração por solvente é quebrar a relação de equilíbrio entre o carvão ativado, o adsorvente e o solvente, principalmente através da alteração do pH, da temperatura e da humidade no solvente, de modo a que a relação de equilíbrio da fase original seja quebrada e o adsorvente seja dessorvido do carvão ativado.
O método de regeneração por solvente pode ser dividido em método de regeneração por solvente inorgânico e método de regeneração por solvente orgânico, de acordo com os diferentes solventes utilizados, o que pode ser realizado principalmente pelos seguintes métodos: alteração da natureza do adsorvente através da interação entre o solvente e o adsorvente; utilização de um solvente cuja afinidade para o adsorvente é maior do que a afinidade do carvão ativado para o adsorvente O adsorvente é extraído com um solvente que tem uma maior afinidade para o adsorvente do que o carvão ativado.
A técnica de regeneração por solvente produz principalmente fluxos de resíduos inorgânicos ácidos ou alcalinos e fluxos de resíduos orgânicos, dos quais os fluxos de resíduos inorgânicos podem ser tratados por neutralização.
regeneração biológica
A bioregeneração tem uma longa história e tem sido utilizada em vários domínios tradicionais desde a década de 1970. O método de regeneração biológica tem sido amplamente utilizado em muitos domínios tradicionais desde a década de 1970.
A ideia principal da bioregeneração consiste em tratar os resíduos de carvão ativado com estirpes de bactérias cultivadas, que decompõem o material adsorvido e o transformam em água e dióxido de carbono, com o objetivo de regenerar os resíduos de carvão ativado.
A estrutura microporosa do carvão ativado tem um tamanho de poro pequeno, o tamanho de poro mais pequeno é de apenas alguns nanómetros, pelo que a bactéria não pode entrar, portanto, o processo de regeneração da autólise celular do microrganismo, a enzima celular no microrganismo irá ligar-se à superfície do carvão ativado para formar um centro enzimático, de modo a que a decomposição do adsorvente e, finalmente, atingir o objetivo de regeneração.
Método de regeneração por oxidação húmida e método de regeneração por oxidação húmida catalítica
O método de regeneração por oxidação húmida foi originalmente aplicado principalmente no tratamento de águas residuais, onde o ar ou oxigénio puro é introduzido para oxidar o material adsorvido na fase líquida. O método de regeneração por oxidação húmida foi originalmente aplicado no tratamento de águas residuais, introduzindo ar ou oxigénio puro para oxidar e decompor o material adsorvido no carvão ativado usado na fase líquida.
A regeneração por oxidação húmida é realizada a alta temperatura e pressão e é geralmente dividida em duas fases, nomeadamente a fase de controlo da transferência de oxigénio e a fase de controlo da cinética da reação.
O método de regeneração por oxidação húmida catalítica, por outro lado, melhora a eficiência da regeneração e reduz o consumo de energia do método de regeneração por oxidação húmida através da adição de um catalisador.
O processo de regeneração por oxidação húmida de catalisadores de cobre preparados por impregnação com carvão ativado de resíduos catalíticos não homogéneos pode melhorar a eficiência da regeneração em 10 % e reduzir o tempo de regeneração em 10 % em comparação com o processo não catalisado.
Este método provoca a poluição por poeiras e resíduos sólidos, pelo que estes resíduos sólidos devem ser objeto de uma gestão integrada da produção, recolha e armazenagem, e os resíduos perigosos gerados no processo podem ser entregues a unidades qualificadas para tratamento.
Regeneração eletroquímica
Existem duas vias principais de processo para a regeneração eletroquímica, a diferença entre as duas é o reator utilizado. Um é um reator de tanque agitado intermitente e o outro é um reator eletroquímico de leito fixo.
A regeneração eletroquímica não é um simples sistema de eléctrodos bidimensional, mas um sistema de eléctrodos tridimensional repolarizado. Sob a ação de um campo elétrico externo, o carvão ativado será repolarizado, formando um grande número de microcélulas electrolíticas, e as partículas adsorvidas neste carvão ativado repolarizado sofrerão reacções redox.
Devido ao grande número de micro células electrolíticas, é possível obter uma elevada eficiência de regeneração. O método de regeneração eletroquímica pode atingir eficiências de regeneração de 90% +.
O potencial poluente deste método é a fuga ou emissão de eletrólito. O eletrólito é geralmente selecionado como meio ácido ou alcalino, pelo que a solução alcalina ou ácida correspondente pode ser selecionada para neutralizar e tratar o eletrólito quando este é tratado e depois descarregado para uma unidade com qualificação relevante para o tratamento de águas residuais para tratamento subsequente.
Método de regeneração por radiação ultravioleta de micro-ondas
O método de regeneração por radiação ultravioleta de micro-ondas consiste em adicionar irradiação de luz ultravioleta para converter a matéria orgânica dessorvida em dióxido de carbono e água e outras substâncias inorgânicas simples, e a irradiação de luz ultravioleta pode melhorar ainda mais o método de micro-ondas O efeito térmico do método de micro-ondas.
A taxa de regeneração do carvão ativado adsorvido com nitrobenzeno sulfonato de sódio pode atingir mais de 99% a uma potência de 500 w e um caudal de ar de 0,024 m3/h utilizando micro-ondas UV.
A principal poluição causada pelo método de regeneração por UV micro-ondas é a poluição dos gases residuais, incluindo o adsorvente que não reagiu e o dióxido de carbono e a água após a reação, que podem ser tratados pelo tratamento dos gases residuais para repetir a reação do adsorvente que não reagiu e purificar os gases residuais após a reação completa.
Qual escolher
Há vários factores a considerar na escolha de um esquema de regeneração de carvão ativado:
- Custo: Deve ser considerado o custo do sistema de regeneração, incluindo o investimento inicial em equipamento e os custos operacionais correntes.
- Capacidade: A capacidade do sistema de regeneração, ou a quantidade de carvão ativado que pode regenerar num determinado período de tempo, deve ser considerada em relação às necessidades da instalação.
- Eficiência: A eficiência do sistema de regeneração, ou a quantidade de impurezas e contaminantes que pode remover do carvão ativado, deve ser considerada.
- Impacto ambiental: O impacto ambiental do sistema de regeneração, incluindo quaisquer emissões ou resíduos gerados, deve ser considerado.
- Requisitos regulamentares: Quaisquer requisitos ou normas regulamentares que devam ser cumpridos devem ser considerados aquando da escolha de um sistema de regeneração.
Em geral, é importante avaliar cuidadosamente os custos, a capacidade, a eficiência, o impacto ambiental e os requisitos regulamentares dos diferentes sistemas de regeneração de carvão ativado para determinar a melhor opção para uma determinada instalação.
NO LOCAL VS. FORA DO LOCAL
A regeneração do carvão ativado pode ser efectuada no local ou fora do local, dependendo das necessidades e dos recursos da instalação que utiliza o carvão ativado.
A regeneração de carvão ativado no local refere-se ao processo de regeneração do carvão ativado usado na instalação onde está a ser utilizado. Isto permite que a instalação regenere o carvão ativado conforme necessário, sem necessidade de o transportar para um local externo. A regeneração no local pode ser mais conveniente e económica, uma vez que reduz o tempo e as despesas de transporte.
A regeneração de carvão ativado fora do local refere-se ao processo de regeneração do carvão ativado usado num local separado, como uma instalação de regeneração ou um prestador de serviços externo. Este processo pode ser necessário se a instalação não dispuser do equipamento ou dos recursos necessários para efetuar a regeneração no local. A regeneração fora do local pode ser mais cara devido ao custo adicional de transporte, mas pode ser uma boa opção para instalações com uma quantidade limitada de carvão ativado usado que não justifique o custo do equipamento de regeneração no local.
Em geral, a decisão de efetuar a regeneração do carvão ativado no local ou fora do local dependerá das necessidades específicas e dos recursos da instalação que utiliza o carvão ativado.
CONCLUSÃO
Em geral, a tecnologia de regeneração de carvão ativado pode ajudar a reduzir custos, promover a sustentabilidade, melhorar o desempenho e oferecer conveniência na utilização de carvão ativado.
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