一种粉状活性炭的再生方法.pdf

本发明提供了活性炭活化再生的新方法和脱色的新工艺。利用硫酸的氧化和脱水作用，通过对有机色素的聚合以及对活性炭的表面官能团修饰，从而使活性炭的吸附能力得以恢复。本发明特别适用于氨基腈类水解制备氨基酸的领域，解决了废弃活性炭难以处理，转移和回收过程环境污染严重，能耗、物耗高、套用效果差的难题，可以做到在线回收和使用，不但可以大大减少活性炭的用量还可以回收活性炭中夹带的产品，提出的方法简单，适用面广，清洁环保，具有很好的环保效益和经济效益。

1、  一种用硫酸直接再生处理活性炭的方法，它包括如下步骤：
a方法：先用活性炭重量的5～20倍的蒸馏水或是0.1～20％的碱性的水在30～100℃下对活性炭进行打浆洗涤，洗涤时间为0.5～20h，回收活性炭吸附的产品和副产品，然后用16％～98％的硫酸按照活性炭量的3～10倍在20～100℃下对活性炭酸化1～20h，得到了再生后的活性炭；
或者
b方法：用不多于酸化脱氨碱解液的16～98％的硫酸在25～100℃下直接浸泡待处理的活性炭0.5～20h，然后将硫酸和活性碳的混合液直接加入到脱氨碱解液中进行酸化脱色，在套用脱色效果不够理想时，补加少量新活性炭或增加用量。

2、  根据权利要求1所述的方法，其中，所用的硫酸浓度是64～98％。

3、  根据权利要求1或2所述的方法，其中，处理的温度是常温，或升温，或者两物料混合后的自身温度；酸对活性炭的处理时间为0.5h～20h。

4、  根据权利要求1-3之任一所述的方法，其中，所用的碱为0.1～20％的碱；处理的温度为30℃～100℃；碱对活性炭的处理时间为0.5h～20h。

5、  根据权利要求1-4之任一所述的方法，其中，硫酸的处理量为活性炭量的3到10倍。

6、  根据权利要求1-5之任一所述的方法，其中，活性炭一次性投入，或者分次投入，或者用料液打浆连续慢慢投入，并在套用脱色效果不够理想时补加少量新活性炭或增加用量。

7、  权利要求1-6之任一所述的方法再生的活性炭的用途，所述活性炭用于甘氨酸合成，或者其它有色体系的脱色和再生。

8、  根据权利要求7的用途，其中，再生后的活性炭不必洗涤和烘干直接用于甘氨酸的脱色，活性炭的脱色温度为接近沸腾温度，脱色时间至少在0.5小时以上。

一种粉状活性炭的再生方法
技术领域
本发明涉及羟基腈类化合物合成氨基酸过程中产生大量的有色物质的脱除方法和作为有效脱色剂活性炭的再生循环套用的新工艺技术。
背景技术
活性炭是一种具有高度发达的孔隙结构和极大比表面积的炭质吸附材料，它的主要性能是对分子具有极强的吸附能力，活性炭在很多领域得到了广泛的应用，如可用于食品工业的液相脱色、去除异味等，可以作为原电池的组成部分、双电层电容器的电极、军用和民用的防毒面具、天然气和乙炔的储存器等，活性炭在医疗上可以治疗创伤、肠胃失调、腹部脓毒症、降低血液中的酒精含量、降低血脂等。由此产生的大量废炭如果不进行处理，不仅会造成资源的浪费，还会引起环境污染。因此，无论从经济效益还是从环保角度考虑，进行活性炭的再生都很有必要。活性炭的再生，就是恢复使用过的活性炭的吸附能力，使其达到能够再次使用状态的操作，国内外学者对活性炭的再生进行了大量的研究，提出了各种活性炭再生工艺技术，如热再生法、化学药品再生法、电化学再生法、光催化再生法、超临界萃取再生法和生物再生法等。
发明内容
羟基腈类化合物在氨化和碱解过程中颜色都会加深，特别是氨基乙腈在碱解过程中颜色更深，碱解液几乎呈酱油色，用各种脱色剂都极难脱除。我们通过反复实验发现用粉状活性炭在偏酸性的条件下可以脱掉颜色。但是活性炭用量大，脱色后的活性炭用高温热解的方法再生后的活性炭脱色效率大大降低，无法重复使用，存在能耗高和严重的环境污染问题，因此热解方法并不理想。同时高热高温热解可能会对活性炭的孔隙结构造成破坏和阻塞影响其对有色物质的吸附性能；常见的化学法再生活性炭也存在二次污染和效率不高的问题。因此，探索处理和使用方法简单，处理过程清洁环保，用量和倒料次数少，可以多次套用的活性炭使用与再生技术是很有意义的。
由含氰化合物水解制备氨基酸等含羧酸的化合物是经典、实用并很有发展潜力的一种工艺路线，但存在容易生成有色物质并且脱色难的问题，有色物质虽通过工艺优化可以抑制并减少其生成，但脱色始终是必须的工艺环节，因此选择高效的脱色剂和最佳的脱色工艺条件，减少其用量，发明简单的在线再生技术，增加其循环套用次数很有价值。
羟基乙腈是甘氨酸合成的主要原料，它在碱中极不稳定，容易分解成甲醛和氢氰酸盐，氨化和碱解都是碱性条件，因此不可避免的存在着羟基乙腈分解反应，分解出的氢氰酸盐和甲醛以及生成的反应中间体氨基乙腈容易发生自聚或与氨基酸盐发生共聚产生有色物质，显然这种有色物质是带极性的有机胺聚合物，容易被活性炭有效吸附，表面显酸性或带有酸性官能团的活性炭可能对上述有机物质的吸附更有效，这种吸附在活性炭表面的有色物质通过再聚合或脱水、碳化、氧化可能可以生成分子量更大的难溶于水的颗粒而吸附在活性炭上。因此，在酸性条件下进行脱色，或用硫酸对新鲜活性炭或再生活性炭进行表面处理，恢复其表面活性、增加其吸附性能应不失为一条简单的活性炭使用和再生方案。根据上述思路，我们进行了长期的实验和探索，证明了上述的设想是可行的，本发明提出的就是用浓硫酸和稀硫酸处理活性炭，使其能够套用或提高其使用性能，特别是在甘氨酸的合成工艺中会使用硫酸酸化脱氨碱解液，因此可以更方便的将硫酸处理活性炭后直接经中和脱色，既减少活性炭的分离、转运过程及对环境的污染，又使脱色后的活性炭得到再生，回收了活性炭中含量不低的甘氨酸，因此在羟基乙腈制甘氨酸的工艺中有很好的经济和环保效益，符合清洁生产和循环经济的要求，由于其它氰类合成氨基酸或许多能用活性炭脱色的有色物质都可以用类似的后处理思路，因此本发明可以广泛用于活性炭的再生。
物料体系用活性炭脱色后，外观大为改善，但活性炭自身已失去了对有色物质的吸附能力，我们在研究中发现，脱色后的活性炭用稀碱或水洗脱有色物质后用稀酸浸泡后或用浓硫酸处理后，活性炭可以多次处理和套用又具备了对有色物质的吸附能力，处理后的活性炭基本能够达到或略逊于新鲜活性炭的脱色能力。活性炭的再生过程为：a方法：先用活性炭重量的5～20倍的蒸馏水或是0.1～20％(优选为0.1～10％)的碱性的水在30～100℃(优选60℃～90℃)下对活性炭进行打浆洗涤，洗涤时间为0.5～20h，回收活性炭吸附的产品和副产品，然后用16％～98％的硫酸(按照活性炭量的3～10倍)在20～100℃下对活性炭酸化1～20h，就得到了再生后的活性炭，再生后的可以不必洗涤和烘干直接用于甘氨酸的脱色，活性炭的脱色温度以接近沸腾温度为佳，脱色时间应至少在0.5小时以上，越长越好。b方法：用不多于酸化脱氨碱解液的16％～98％的浓硫酸在25～100℃下直接浸泡待处理的活性炭0.5～20h，然后将硫酸和活性碳的混合液直接加入到脱氨碱解液中进行酸化脱色，在套用脱色效果不够理想时还可以补加少量新活性炭或增加用量。此方法不但可以反复使用，多次套用活性炭，而且可以和现有的甘氨酸合成工艺很好的结合。按活性炭与浓硫酸1∶6的比例在90℃下处理1.5小时后的活性炭过滤，再用水洗涤后，用16％的稀碱85℃浸泡3小时，结果发现，稀碱浸泡液颜色很浅，滤液测得的abs和T％分别为0.179和66.3％；而未经浓硫酸处理的活性炭同样用水洗涤后，用同样浓度的碱在同样条件下处理，滤液颜色极深，滤液测得的abs和T％分别为3.000和0，证明浓硫酸确实将大部分有色物质碳化或聚合了。因此用浓硫酸活化再生是可以成功的。
上述发明提供了活性炭活化再生的新方法和脱色的新工艺，特别适用于氨基腈类水解制备氨基酸的领域，解决了废弃活性炭难以处理，转移和回收过程环境污染严重，能耗、物耗高、套用效果差的难题，可以做到在线回收和使用，不但可以大大减少活性炭的用量还可以回收活性炭中夹带的产品，提出的方法简单，适用面广，清洁环保，具有很好的环保效益和经济效益。
以下的实施例可以帮助更好的理解本发明：
具体实施方式
本发明可用下文中的非限定性实施例作进一步的说明。
实施例1
甘氨酸酸化液脱色后的废弃活性炭中氨基酸含量约为4％到10％，水分约为40％到50％，将300g废活性炭加入反应瓶中，加入约400g热水洗涤，可回收大量的甘氨酸，大部分有色物质可以洗入水中，过滤后的活性炭烘干，称取6g活性炭于烧瓶中，加入50g 98％的浓硫酸，浸泡1.5h，然后过滤，将活性炭加入到200g酸化液中进行脱色效果验证，用分光测得吸光度和透光度分别为0.111和77.4％。所得到的活性炭仍然按照洗涤、酸化进行处理，最后进行脱色效果，用分光光度计测得吸光度和透光度分别为0.128和74.5％，可见脱色效果基本恢复。
废弃活性炭洗涤后得到的150g洗水加热到85℃后，只需要加入原来活性炭量的1/5到1/3就可将颜色基本脱掉，所得滤液用分光光度计测得其吸光度和透光度分别为0.206和62.3％。
实施例2
将1.5g新鲜活性炭加入到150g酸化液中进行脱色效果验证，用分光测得透光度为65.7％，得到5.2g废活性炭。
将上述5.2g废活性炭于反应瓶中，加入约100g 1％的碱液在70℃下洗涤2h，可回收大量的甘氨酸，大部分有色物质可以洗入水中，活性炭过滤后转移到于烧瓶中，加入50ml 1+2的稀硫酸(浓度大约为50％)，在80℃下浸泡1.5h，然后过滤，将活性炭加入到150g酸化液中进行脱色效果验证，用分光测得透光度为60.4％。可见脱色效果基本恢复到原有活性炭效果。
实施例3
取277.8g脱氨碱解液于反应瓶中，加入42g 98％的浓硫酸酸化，然后往反应瓶中加入3.8g活性炭在90℃下脱色1.5小时，过滤，得到10g活性炭滤渣，滤液呈浅黄色，分光测定其吸光度和透光度分别为0.173和67.2％。
取上述10g活性炭滤渣于反应瓶中，加入42g 98％的浓硫酸浸泡若干小时，加入到277.8g脱氨碱解液中，在90℃下脱色1.5h，过滤后，滤渣a收集待下次套用，滤液颜色较深，往滤液中加入1.3g新鲜活性炭脱色若干小时，过滤滤液呈浅黄色，分光测定其吸光度和透光度分别为0.153和74.4％，滤渣b收集待活化套用。
按上述方法对活性炭滤渣a进行第2次，3次套用，滤液分光测定其吸光度和透光度分别为0.284和52％，0.179和66.3％。
对收集的滤渣b按上述方法进行再生套用，实验结果和滤渣a结果一样。
称取30g废弃活性碳，氨基酸含量约为4％到10％，加入120g98％的浓硫酸浸泡若干小时，过滤，测得溶液中甘氨酸的含量接近活性炭的夹带量。说明浓硫酸处理过程中甘氨酸没有被破坏。
实施例4
将1.5g新鲜活性炭加入到150g酸化液中进行脱色效果验证，用分光测得透光度为65.7％，得到5.1g废活性炭。
将5.1g废活性炭加入反应瓶中，加入约100g热水洗涤，可回收大量的甘氨酸，部分有色物质可以洗入水中，过滤后的活性炭烘干后置于烧瓶中，加入50g 64％的硫酸，浸泡1.5h，然后过滤，将活性炭加入到150g酸化液中进行脱色效果验证，活性炭脱色后，将。所得到的活性脱色液在475nm下进行分光测定。废活性炭滤渣依照上述方法一次进行二次、三次再生，所得的实验结果如下。
实验分光测定数据