活性炭再生技术研究进展和发展趋势
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中国环保产业
2011.10研究进展Research Progress
活性炭再生技术
研究进展和发展趋势
吴琪，宋乾武，曾燕艳，代晋国，李志
（中国环境科学研究院，北京100012）
摘要:综述了用于水处理领域的活性炭再生技术研究进展；分析了目前活性炭各种再生方法的优缺
点，包括热再生、化学药剂再生、生物再生、电化学再生、超声波再生、催化湿式氧化再生和超临界流体
再生等方法；介绍了活性炭再生的多种新技术，认为一种活性炭再生的新方法—超声波+电化学再生法有
可能在未来挑战传统技术。
关键词:活性炭再生;水处理;电化学;超声波
中图分类号:X703文献标志码:A文章编号:1006-5377（2011）10-0014-04
活性炭为一种多孔材料，内部孔隙结构极其发达，
具有比表面积极大、吸附能力强的特点。活性炭在水处
理领域应用广泛，尤其适用于自来水处理、工业废水处
理、污水深度处理和水污染应急处理等领域。但活性炭
价格较高，优质活性炭的价格超过1万元/吨，煤质活性
炭的价格一般不低于3000元/吨。吸附饱和后的活性炭
如果不经处理即废弃，不仅会造成活性炭水处理成本的
大幅提高，还将造成二次污染。所以饱和活性炭的再生
具有极其重要的工程应用价值和经济价值。
活性炭再生是将吸附饱和的活性炭通过各种方法恢
复其吸附性能，达到重复使用的目的。再生方法主要取
决于活性炭的类型和活性炭吸附物质的性质。目前国内
外较为成熟的再生方法有三种，即热再生法、化学再生
法和生物再生法。但这些方法均存在一定的缺点和局限
性：活性炭在再生过程中损失较大，再生后的活性炭存
在吸附能力明显下降、机械强度下降、再生过程中的尾
气会造成空气污染等问题。所以人们一直试图探索新的更为经济有效的活性炭再生技术，如电化学再生法、
超声波再生法、催化湿式氧化再生法及超临界流体再
生等。1 传统活性炭再生技术
1.1 热再生法
热再生法是目前发展历史最长、应用最多、工业上
最成熟的活性炭再生方法[1-2]
。活性炭热再生法始于20
世纪初，当时是采用回转炉对骨炭进行再生；30年代开
始引用多层炉；40～50年代再生炉技术已基本成熟；70
年代活性炭开始大量应用于水处理领域。
热再生法的原理是在加热条件下，使被吸附的有机
物以解析、炭化、氧化的形式从活性炭基质上消除[3]
。
活性炭热再生一般需要多个步骤：
（1）脱水，即通过机械物理作用将活性炭表面的
水分除掉。（2）干燥，干燥温度一般低于100℃，主要是蒸发15
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孔隙水，少量低沸点的有机物也会被气化。该过程需要
大量的蒸发潜热，热再生过程约有50%的能耗是在干燥
过程中消耗的。
（3）在约350℃时加热活性炭，使其中的低沸点有
机物被分离。
（4）高温炭化，即在约800℃加热活性炭，使大部
分有机物分解、气化，或以固定碳的形态残留下来。
（5）活化，即在800℃～1000℃范围内加热活性
炭，使残留下来的炭，被水蒸气、二氧化碳或氧气等分
解。热再生的步骤根据加热炉种类的不同也稍有差别，
但差别不大。
热再生法的优点：再生率较高，可达70%～80%；
再生时间短；与化学药品再生法相比，具有很强的通用
性；不产生再生废液。缺点：再生后的活性炭损失率较
高，一般为5%～10%；炭表面化学结构发生改变，比
表面积减小；高温再生对再生炉材料要求高，再生炉设
备投资高；再生能耗成本较高；活性炭反复再生会丧失
吸附性能。
1.2 化学药剂再生法
高浓度、低沸点的有机物吸附，宜采用化学药剂再
生。化学药剂再生主要分为无机药剂再生和有机药剂再
生。无机药剂再生一般采用无机酸（硫酸、盐酸）或碱
（氢氧化钠）等药剂使吸附质脱除。例如吸附高浓度酚
的活性炭，可用氢氧化钠溶液再生，酚以酚钠盐的形式
被回收；吸附重金属的活性炭，可以用盐酸溶液再生。
有机溶剂再生常用的溶剂有苯、丙酮和甲醇等，适用于
可逆吸附，例如吸附高浓度酚的活性炭；处理焦化厂煤
气废水的活性炭，都可用有机溶剂再生。
化学药剂再生法的优点：针对性强，设备简单，具有经
济优势；可从再生液中回收有用物质；操作过程在吸附塔内
进行，活性炭损失小。缺点：一般只能针对单一物质再生，
通用性较差；再生率低，微孔容易堵塞，多次使用后再生率
明显降低；存在再生液二次污染的问题。
1.3 生物再生法
生物再生法与生物活性炭技术相似，活性炭吸附有
机物，同时微生物对有机物进行降解，从而使活性炭得
到再生。由于活性炭能够将有机物长时间吸附在其表
面，所以微生物能够将一些不易降解的有机物进行降
解，使活性炭再生。但对于不能被微生物降解的有机
物，生物再生法的使用会受到限制。
生物再生法的优点是工艺简单，投资和运行费用都很低，对活性炭无危害作用。缺点是再生时间长，吸附
率恢复缓慢，对于难生物降解的有机物不适用。
2 活性炭再生新技术
2.1 电化学再生法
电化学再生法是一项新型的活性炭再生技术[4-6]
，
基本没有二次污染，再生效率较高，目前尚处于研究
阶段。该技术是将活性炭填充在两个电极之间，填充电
解液（通常为氯化钠、盐酸、硫酸、氢氧化钠等），通
入直流电流，活性炭在电场作用下发生极化，形成微电
解单元。再生过程一方面依靠电泳力使炭表面有机物脱
附，另一方面依靠电解产物包括氯气、次氯酸、新生态
氧等氧化分解吸附物或与之生成絮状物。以NaCl为电解
质的主要化学反应如下[7]
：
2Cl-
-2e = Cl
2
2H
2O + 2e = H
2 + 2OH-
Cl
2 + 2OH = ClO +Cl + H
2O
2Cl-
+9H
2O-12e=2HClO
3+16H+
+3[O]
电化学再生活性炭的效果主要取决于活性炭在电
极中所处的位置、采用辅助电解质的种类、电解质的浓
度、电流大小、再生时间和pH值等。大多数研究表明，活
性炭在阴极上的再生效率明显高于阳极（约高出20%）。
最常用的电解质为氯化钠，活性炭的再生效率一般随电
解质浓度的增加而增加，但当电解质浓度高于一定值
时，再生效率下降。再生效率随电流的增加而提高，随
再生时间的增加而提高，但达到一定时间后（通常为
5h），不再有变化。
电化学再生法的优点是：再生效率高，可达80%
~95%，且多次再生后再生效率降幅不大[8]
。缺点是再生
能耗较高。
2.2 超声波再生法
超声波再生仅对物理吸附有效。该技术对活性炭的
吸附表面施加能量，通过“空化泡”爆裂的冲击使被吸附
物质得到足以脱离吸附表面重新回到溶液中去的能量，即
达到活性炭再生的目的。超声波再生的最大特点是只在局
部施加能量，再生排出液的温度仅提高2℃~3℃。有研究表
明，超声波再生能耗仅为0.1kW·h/kg活性炭，但再生率
不到50%[9]
。
超声波再生的优点是能耗小、工艺及设备简单、活
性炭损失小、可回收有用物质。但最大的不足是再生效率较低。16
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2.3 催化湿式氧化再生法
催化湿式氧化再生是指在高温、高压下，用氧气或
空气作氧化剂, 将处于液相状态下的活性炭吸附质（有
机物）氧化分解的一种处理方法。再生条件一般为200℃
～250℃，操作压力3～ 7MPa，再生时间不大于60min[10]
。
催化湿式氧化再生的优点是：再生效率稳定，处理
对象广泛，活性炭损失小（≤3%），反应时间短。缺
点是再生效率不高（约为50%），再生设备需耐腐蚀、
耐高压，产生废气要进一步处理。该技术目前尚处于探
索阶段。
2.4 超临界流体再生法
超临界流体再生主要是利用超临界流体（SCF）超高
的有机物溶解度，对饱和活性炭上的有机物进行萃取，
使活性炭再生。超临界流体再生的研究目前仅限于二氧
化碳，因为二氧化碳的临界温度近于常温（31℃），临
界压力相对不高（7.2MPa），且无毒，不可燃，不污染
环境[11]
。萃取后通过改变超临界流体的温度和压力，使
超临界流体的有机物溶解度发生数量级变化，从而实现
与有机物的分离。
超临界流体再生的优点是：操作温度低（31℃），
不改变吸附质的物理、化学性质和活性炭原有结构，活
性炭无损耗，操作周期短，可以收集吸附质，设备占地
面积小，能耗不高。缺点是：活性炭吸附的物质必须是
在超临界流体中可溶，设备需要耐高压。该技术目前仅
限于实验研究。
2.5 新型热再生法
传统的热再生法采用的能源主要是煤、天然气、燃
油等，近年来又发展出了一些采用新热源的热再生技
术，其中包括：微波加热、远红外线加热、直接通电加
热等。
（1）微波加热采用的再生设备为微波谐振膛，用于
干燥或加热的微波频率有970MHz及2450MHz两种。微波
加热的优点是通过微波使炭自身发热，升温速度快，可
迅速达到再生要求的高温，设备体积小。缺点是炉膛内
加热不均匀，主要是微波能量吸收不均匀所致，有时产
生炭烧结现象。当微波漏能功率大于0.01W/cm2
、接触
时间达6min以上时，对人体有伤害。在微波产生、输送
过程中，磁控管本身会消耗30%~40%的功率。
（2）远红外线加热一般用于干燥活性炭，也可用
于再生，主要取决于被加热物体对特定波长的红外线的
吸收能力。（3）直接通电加热是利用活性炭自身具有的电阻
和炭粒间具有的接触电阻，使炭产生焦耳热，逐渐达到
再生温度，再通入水蒸气进行活化。
以上三种新型活性炭热再生法的能耗相差不大，约
为1.50kW·h/kg活性炭[12]
。
3 活性炭再生技术展望
目前活性炭利用已经涉及水处理的各个领域，应用
范围广、用量大。因此对活性炭再生技术的研究已成为
十分重要的领域。虽然传统再生技术成熟，但经济性、
通用性和有效性都存在明显缺陷，因此新活性炭再生技
术替代传统再生技术具有重大工程意义，具有广阔的产
业化前景及明显的经济效益。
本文针对活性炭再生技术的研究进展，提出一种新
的活性炭再生技术—超声波+电化学再生法。超声波
再生和电化学再生相结合具有其他技术不可比拟的优
点。超声波再生的优点是能耗低，不足之处为再生效率
低；电化学再生的优点是再生效率高，通用性强，多次
再生后仍具有很高的吸附效率，不足之处是能耗较高，
如果将这两种再生方法相结合，将两种技术优势互补，
就能解决其它再生技术难以克服的问题。因此，作者认
为超声波+电化学活性炭再生法很有可能成为一种未来
可以挑战传统活性炭再生法的新技术，成为未来的一个
研究热点。
参考文献：
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