本發(fā)明涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于印染廢水處理的微電解填料及其制備方法。
技術(shù)背景：
在難降解工業(yè)廢水的處理技術(shù)中，微電解技術(shù)正日益受到重視，并已在工程實(shí)際中。微電解的工作原理基于電化學(xué)，氧化還原，物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用對(duì)于廢水進(jìn)行處理。該方法適用范圍廣、處理的效果好、成本低廉、操作維護(hù)方便、不需要消耗電力資源等優(yōu)點(diǎn)。微電解技術(shù)是目前處理印染、電鍍、造紙、醫(yī)藥、硝基苯、苯胺、有機(jī)硅、印刷線路板、焦化、畜牧、雙氧水化工、石油化工、橡膠助劑化工以及含苯環(huán)化工廢水的一種理想工藝。
目前，傳統(tǒng)的微電解技術(shù)大多采用鐵屑和活性炭的簡單混合物作為微電解材料，在實(shí)際工程應(yīng)用過程中，此類填料表面會(huì)形成鈍化膜，阻斷有毒有害物質(zhì)和填料的接觸，影響處理效果；常規(guī)的鐵碳微電解填料對(duì)廢水COD的去除率很低，在PH＝3、氣水比1:3的情況下反應(yīng)2h，COD的去除率通常只能達(dá)到20％左右；于是在常規(guī)鐵碳微電解填料的基礎(chǔ)上，形成了復(fù)合微電解填料，以期增加降解效率。
例如專利CN103222929A制備的微電解填料除了鐵粉、碳粉、粘結(jié)劑、表面活性劑外、還添加了微量的鋁粉和鉻粉；專利CN104174440A公開了一種銅基鐵碳微電解填料，由氧化銅、三氧化二鐵、褐煤，助劑等組成；CN102372343A在鐵碳的基礎(chǔ)上加入了菱鎂礦粉和沸石粉；CN101898819A公開的微電解填料包括鐵碳、銅、釩、鋁、銻。以上專利采用添加劑復(fù)配的方法提高了對(duì)廢水COD、色度的去除率，同時(shí)B/C比也有所提高。但是在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)出現(xiàn)填料鈍化、板結(jié)以及出水“返色”等現(xiàn)象，這是在實(shí)際工程中必須妥善解決的問題，需要開發(fā)去除COD和脫色效果更加優(yōu)異、性能更加穩(wěn)定的微電解填料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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針對(duì)傳統(tǒng)微電解填料的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明公開了一種用于印染廢水處理的微電解填料及其制備方法。
該微電解填料以鐵粉、石墨烯粉、錳粉、鈷粉、鑭粉、鈰粉、硅藻土、沸石粉、氯化銨、聚乙二醇、焦磷酸鈉、氯化鋁、淀粉、煤粉、硅烷為主要原料，經(jīng)過稱量、混勻、成型、烘干焙燒、冷卻、改性等步驟得到，將該微電解填料用于污水處理中，可使廢水生化性顯著提高。
本發(fā)明提供一種用于印染廢水處理的微電解填料，該微電解填料由以下重量份的原料制備而成：
鐵粉 40-45份；
石墨烯粉 15-18份；
錳粉 3-5份；
鈷粉 3-5份；
鑭粉 3-5份；
鈰粉 3-5份；
硅藻土 15-20份；
沸石粉 3-5份；
氯化銨 3-5份；
聚乙二醇 3-5份；
焦磷酸鈉 3-5份；
氯化鋁 3-5份；
淀粉 5-8份；
煤粉 5-8份；
硅烷 3-5份；
作為本發(fā)明的最優(yōu)選方案，該微電解填料由以下重量份的原料制備而成：
鐵粉 45份；
石墨烯粉 18份；
錳粉 4份；
鈷粉 4份；
鑭粉 4份；
鈰粉 4份；
硅藻土 20份；
沸石粉 4份；
氯化銨 4份；
聚乙二醇 4份；
焦磷酸鈉 4份；
氯化鋁 4份；
淀粉 6份；
煤粉 6份；
硅烷 5份；
上述所述的微電解填料中，所述的鐵粉顆粒直徑為2-5mm；所述的石墨烯粉、錳粉、鈷粉、鑭粉、鈰粉的直徑為60-80目；所述的硅藻土的直徑200目；所述的沸石粉的直徑為1-2mm。
本發(fā)明提供一種用于印染廢水處理的微電解填料，該制備方法包括以下步驟：
1)混合：將鐵粉、石墨烯粉、錳粉、鈷粉、鑭粉、鈰粉、硅藻土、沸石粉、氯化銨、聚乙二醇、焦磷酸鈉、氯化鋁、淀粉、煤粉等各種原料按比例混合，得到半成品A；
2)造型：將步驟1)半成品A裝入滾軸壓力機(jī)中，制成橢圓形顆粒半成品B；
3)干燥：將步驟2)半成品B放入烘箱中，在80-105℃的條件下烘干12小時(shí)得到半成品C；
4)真空焙燒：將步驟3)半成品C放入真空管式爐內(nèi)，抽真空至內(nèi)部壓力為10kpa，升溫至550-600℃焙燒30min，然后升溫至850-950℃焙燒90-120min，得到半成品D；
5)冷卻：將步驟4)半成品D在爐內(nèi)冷卻至室溫，得到半成品E；
6)改性：按比例稱取改性劑硅烷，配置成溶液5g/L的改性劑溶液；將步驟5)半成品E加入改性劑溶液中，改性劑溶液PH為7，在水浴振蕩器上50℃震蕩4h,去除半成品顆粒，自然風(fēng)干即得到微電解填料。
本發(fā)明提供上述微電解填料的應(yīng)用，即上述微電解填料在廢水處理中的應(yīng)用，可用于難生物降解、色度較高、B/C比低的印染廢水處理。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：
1、加入的石墨烯代替普通的碳作為碳極材料，石墨烯是由碳原子組成的只有一層原子層厚度的二維晶體，作為唯一的二維碳材料，結(jié)構(gòu)的特殊性也讓其在性能上呈現(xiàn)出其它碳材料所不具備的優(yōu)勢(shì)——強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)、透光率高、重量輕、導(dǎo)電性佳、導(dǎo)熱性優(yōu)，具有比活性炭更優(yōu)異的導(dǎo)電性能，可有效降低內(nèi)阻，提高循環(huán)壽命，提高微電解的效率；
4、本發(fā)明提供的復(fù)合多元微電解填料為鐵-碳-錳-鈷-鈰-鑭一體化的催化微電解填料，相對(duì)密度達(dá)到0.95g/cm3以上，經(jīng)過真空燒結(jié)，具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，反應(yīng)活性強(qiáng)；相對(duì)于傳統(tǒng)微電解填料，錳-鈷-鈰-鑭的加入使填料在廢水中形成微原電池時(shí)，陰陽兩極之間的電動(dòng)勢(shì)大；稀土元素鈰、鑭是典型的金屬元素，由于它們的原子半徑大又極易失去外層的6s電子和5d或4f電子，所以稀土元素的化學(xué)活性很強(qiáng)，僅次于堿金屬和堿土金屬元素，比其他金屬元素都活潑。稀土金屬的化學(xué)活性很強(qiáng)，摻雜稀土元素對(duì)鐵炭微電解的效率顯著提高，錳-鈷與鈰-鑭之間均存在協(xié)同作用；
3、本發(fā)明的微電解填料進(jìn)一步通過了有機(jī)改性，硅藻土等顆?？障对黾?，表面相對(duì)光滑，由于表面活性劑在顆粒表面進(jìn)行負(fù)載，同時(shí)進(jìn)行吸附交換，膨潤土顆?？椎来蜷_，空隙增加，吸附效果增強(qiáng)，更有利于吸附廢水中的有機(jī)污染物質(zhì)。
本發(fā)明制備的微電解填料通過處理印染廢水，與市售橢圓形微電解填料進(jìn)行比較，在試驗(yàn)條件相同的前提下，本發(fā)明的微電解填料去除COD和色度的效果更優(yōu)，特別是色度脫除方面，可達(dá)到80％以上的去除效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有技術(shù)40-60％的脫色效率，得到了意料不到的技術(shù)效果。
具體實(shí)施方式：
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1：一種用于印染廢水處理的微電解填料及其制備方法
一種用于印染廢水處理的微電解填料，由以下重量份的組分制備得到：鐵粉45份；石墨烯粉18份；錳粉5份；鈷粉5份；鑭粉5份；鈰粉5份；硅藻土20份；沸石粉5份；氯化銨5份；聚乙二醇5份；焦磷酸鈉5份；氯化鋁5份；淀粉8份；煤粉8份；硅烷5份。其中，所述的鐵粉顆粒直徑為2-5mm；所述的石墨烯粉、錳粉、鈷粉、鑭粉、鈰粉的直徑為60-80目；所述的硅藻土的直徑200目；所述的沸石粉的直徑為1-2mm。
上述用于印染廢水處理的微電解填料的制備方法，包括以下步驟：
1)混合：將鐵粉、石墨烯粉、錳粉、鈷粉、鑭粉、鈰粉、硅藻土、沸石粉、氯化銨、聚乙二醇、焦磷酸鈉、氯化鋁、淀粉、煤粉等各種原料按比例混合，得到半成品A；
2)造型：將步驟1)半成品A裝入滾軸壓力機(jī)中，制成橢圓形顆粒半成品B；
3)干燥：將步驟2)半成品B放入烘箱中，在105℃的條件下烘干12小時(shí)得到半成品C；
4)真空焙燒：將步驟3)半成品C放入真空管式爐內(nèi)，抽真空至內(nèi)部壓力為10kpa，升溫至600℃焙燒30min，然后升溫至950℃焙燒120min，得到半成品D；
5)冷卻：將步驟4)半成品D在爐內(nèi)冷卻至室溫，得到半成品E；
6)改性：按比例稱取改性劑硅烷，配置成溶液5g/L的改性劑溶液；將步驟5)半成品E加入改性劑溶液中，改性劑溶液PH為7，在水浴振蕩器上50℃震蕩4h,去除半成品顆粒，自然風(fēng)干即得到微電解填料。
實(shí)施例2：一種用于印染廢水處理的微電解填料及其制備方法
一種用于印染廢水處理的微電解填料，由以下重量份的組分制備得到：鐵粉40份；石墨烯粉15份；錳粉3份；鈷粉3份；鑭粉3份；鈰粉3份；硅藻土15份；沸石粉3份；氯化銨3份；聚乙二醇3份；焦磷酸鈉3份；氯化鋁35份；淀粉5份；煤粉5份；硅烷3份。其中，所述的鐵粉顆粒直徑為2-5mm；所述的石墨烯粉、錳粉、鈷粉、鑭粉、鈰粉的直徑為60-80目；所述的硅藻土的直徑200目；所述的沸石粉的直徑為1-2mm。
上述用于印染廢水處理的微電解填料的制備方法，包括以下步驟：
1)混合：將鐵粉、石墨烯粉、錳粉、鈷粉、鑭粉、鈰粉、硅藻土、沸石粉、氯化銨、聚乙二醇、焦磷酸鈉、氯化鋁、淀粉、煤粉等各種原料按比例混合，得到半成品A；
2)造型：將步驟1)半成品A裝入滾軸壓力機(jī)中，制成橢圓形顆粒半成品B；
3)干燥：將步驟2)半成品B放入烘箱中，在80℃的條件下烘干12小時(shí)得到半成品C；
4)真空焙燒：將步驟3)半成品C放入真空管式爐內(nèi)，抽真空至內(nèi)部壓力為10kpa，升溫至550℃焙燒30min，然后升溫至850℃焙燒90min，得到半成品D；
5)冷卻：將步驟4)半成品D在爐內(nèi)冷卻至室溫，得到半成品E；
6)改性：按比例稱取改性劑硅烷，配置成溶液5g/L的改性劑溶液；將步驟5)半成品E加入改性劑溶液中，改性劑溶液PH為7，在水浴振蕩器上50℃震蕩4h,去除半成品顆粒，自然風(fēng)干即得到微電解填料。
實(shí)施例3：一種用于印染廢水處理的微電解填料及其制備方法
一種用于印染廢水處理的微電解填料，由以下重量份的組分制備得到：鐵粉45份、石墨烯粉18份、錳粉4份、鈷粉4份、鑭粉4份、鈰粉4份、硅藻土20份、沸石粉4份、氯化銨4份、聚乙二醇4份、焦磷酸鈉4份、氯化鋁4份、淀粉6份、煤粉6份、硅烷5份。其中，所述的鐵粉顆粒直徑為2-5mm；所述的石墨烯粉、錳粉、鈷粉、鑭粉、鈰粉的直徑為60-80目；所述的硅藻土的直徑200目；所述的沸石粉的直徑為1-2mm。
上述用于印染廢水處理的微電解填料的制備方法，包括以下步驟：
1)混合：將鐵粉、石墨烯粉、錳粉、鈷粉、鑭粉、鈰粉、硅藻土、沸石粉、氯化銨、聚乙二醇、焦磷酸鈉、氯化鋁、淀粉、煤粉等各種原料按比例混合，得到半成品A；
2)造型：將步驟1)半成品A裝入滾軸壓力機(jī)中，制成橢圓形顆粒半成品B；
3)干燥：將步驟2)半成品B放入烘箱中，在105℃的條件下烘干12小時(shí)得到半成品C；
4)真空焙燒：將步驟3)半成品C放入真空管式爐內(nèi)，抽真空至內(nèi)部壓力為10kpa，升溫至600℃焙燒30min，然后升溫至950℃焙燒120min，得到半成品D；
5)冷卻：將步驟4)半成品D在爐內(nèi)冷卻至室溫，得到半成品E；
6)改性：按比例稱取改性劑硅烷，配置成溶液5g/L的改性劑溶液；將步驟5)半成品E加入改性劑溶液中，改性劑溶液PH為7，在水浴振蕩器上50℃震蕩4h,去除半成品顆粒，自然風(fēng)干即得到微電解填料。
實(shí)施例4：本發(fā)明制備的微電解填料與市售微電解填料用于印染廢水處理的對(duì)比試驗(yàn)
在2個(gè)平行的圓柱形反應(yīng)器(高80cm，直徑10cm)中，加入曝氣頭，分別裝入堆積高度為50cm的實(shí)施例3制備的微電解填料和市售微電解填料10g，然后分別向4個(gè)反應(yīng)器中加入酸性大紅GR模擬廢水(COD為1256.3mg/L，色度為22000倍)，加入至反應(yīng)器的60cm處，開啟曝氣，控制溶解氧為1-2mg/L，反應(yīng)2小時(shí)后，靜置沉淀30min，取上層清液，進(jìn)行COD、色度的檢測(cè)，結(jié)果見表1。
表1廢水處理的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果