一種高活性微電解填料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高活性微電解填料及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：(1)、將鐵屑、碳粉、金屬催化劑和造孔劑按比例進行混合、粉碎，得混合粉料；(2)、向步驟(1)所得混合粉料中加水并攪拌至原料粘結(jié)不松散，然后捏制成型；(3)、將步驟(2)捏制成型后的原料干燥，然后真空燒結(jié)，即得高活性微電解填料。該制備方法操作簡單，由該方法制備得到的微電解填料活性高，氧化還原電勢差高，惰性成分少，對疑難復(fù)雜廢水處理效果好，適用范圍廣，且在使用過程中不發(fā)生鈍化、板結(jié)等現(xiàn)象。
【專利說明】
一種高活性微電解填料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高活性微電解填料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微電解高效水處理技術(shù)，是近年新興的廢水處理技術(shù)，適用范圍廣，處理效果好，成本低，操作維護方便，不需要消耗電力資源，反應(yīng)速度快，處理效果穩(wěn)定，不會造成二次污染，能提高廢水的可生化性，可以達到化學(xué)沉淀除磷，可以通過還原除重金屬，可以降低COD含量。該技術(shù)一般可以作為預(yù)處理或者在深度處理部分與其他工藝搭配使用。該技術(shù)為當(dāng)前工業(yè)廢水的處理帶來了新生機，具有廣闊的市場發(fā)展前景。
[0003]微電解高效水處理技術(shù)是基于金屬材料的腐蝕電化學(xué)原理，將兩種或多種具有不同電極電位的金屬或非金屬直接接觸在一起，浸泡在傳導(dǎo)性的電解質(zhì)溶液中，發(fā)生電池效應(yīng)而形成無數(shù)微小的腐蝕電池，包括了宏觀電池與微觀電池。鐵碳微電解是架橋、卷掃、共沉、絮凝、吸附、電沉積、電化學(xué)還原等多種作用綜合效應(yīng)的結(jié)果。
[0004]目前市售微電解填料產(chǎn)品主要存在的問題如下:(I)僅以鐵粉、碳粉及粘結(jié)劑作為原料，其氧化還原電勢差較低；(2)原料粒徑較大，因而原料的表面活性及填料比表面積較??；(3)不參與反應(yīng)的粘結(jié)劑添加量過大，影響填料反應(yīng)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上【背景技術(shù)】中提到的不足和缺陷，提供一種氧化還原電勢差高、比表面積大、惰性成分少的適合于對疑難復(fù)雜廢水進行處理的高活性微電解填料及其制備方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為:
[0007]—種高活性微電解填料的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)、將鐵肩、碳粉、金屬催化劑和造孔劑按比例進行混合、粉碎，得混合粉料；
[0009](2)、向步驟(I)所得混合粉料中加水并攪拌至原料粘結(jié)不松散，然后捏制成型；
[0010](3)、將步驟(2)捏制成型后的原料干燥，然后真空燒結(jié)，即得高活性微電解填料。[0011 ]在填料中添加活潑性較Fe高的金屬(如Zn、Al等)作為催化劑，有利于提高填料使用時反應(yīng)體系的氧化還原電勢差，對于疑難有機廢水具有更好的處理效果。同時，因金屬催化劑活潑性較強，反應(yīng)效率也得到一定程度的提升。除此之外，添加一定量的兩性金屬(如Ζη、Α1)，有利于填料在低酸度的條件下反應(yīng)，擴大了填料對廢水的pH適用范圍；通過在原料中添加造孔劑，可在填料燒結(jié)時釋放氣體，形成氣路通道，提高填料的孔隙率和原料的粘結(jié)度，從而可減少或不添加粘土等粘結(jié)劑，減少惰性成分的摻入，提高微電解填料的反應(yīng)效率。通過對原料進行粉碎混合，可細化原料粒徑，提高原料的比表面積，并可將原料充分混合均勻，提高原料的粘結(jié)度。由該方法制備的微電解填料反應(yīng)效率高，比表面積大，對廢水的PH適用范圍廣，對高濃度廢水處理效果好，且在使用過程中不發(fā)生鈍化、板結(jié)現(xiàn)象。
[0012]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(I)中，將鐵肩與碳粉、金屬催化劑和造孔劑進行混合前，先將鐵肩進行堿洗去油、酸洗活化和干燥處理。將各原料混合前先對鐵肩進行活化，可提高所得微電解填料的活性。
[0013]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述將鐵肩進行堿洗去油、酸洗活化和干燥處理操作的具體過程為:將鐵肩用1wt %的氫氧化鈉洗滌25-35min ；然后用體積分數(shù)10 %的硫酸洗滌活化25-35min;再將鐵肩置于干燥箱中，80°C下干燥2.5-3.5h。
[0014]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(I)中，金屬催化劑為鋁粉、錳粉、銅粉和稀土金屬中的一種或幾種。選用上述金屬催化劑可有效地提高填料的氧化還原電勢差，提高填料活性。
[0015]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(I)中，造孔劑為經(jīng)干燥、研磨處理后的石灰石。選用石灰石作為造孔劑，燒結(jié)時可釋放CO2氣體，有效提高填料的孔隙率和原料之間的粘結(jié)度，而且成本較低。
[0016]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(I)中，鐵粉、碳粉、金屬催化劑和造孔劑的質(zhì)量比為(60?80): (15?20): (4?15): (I?5)。采用該比例范圍將各原料進行混合制備的微電解填料可獲得較高的活性，對廢水的處理效果更好。
[0017]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(I)中，粉碎操作具體是指:將混合后的各原料置于粉碎機中粉碎20?40分鐘，將原料粉碎至粒徑為150?200目。在該粒徑范圍內(nèi)，原料的比表面積比較適中。
[0018]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(3)中，干燥操作的溫度為700C?900C，干燥時間為2?4h。
[0019]上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(3)中，真空燒結(jié)操作具體是指:將原料置于氣氛爐中抽真空，以1?15 °C /min的速率升溫至1000°C?1400 °C進行燒結(jié)，燒結(jié)時間為0.5?
1.5h。在此燒結(jié)條件下制備的微電解填料活性更高。
[0020]作為一個總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明另一方面提供了一種高活性微電解填料，所述高活性微電解填料由上述的制備方法制備得到。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0022](I)通過在原料中加入金屬催化劑，提高了填料的氧化還原電勢差和對廢水pH的適用范圍。
[0023](2)通過在原料中添加造孔劑，可在填料燒結(jié)時釋放氣體，形成氣路通道，提高填料的孔隙率和原料的粘結(jié)度，減少了惰性成分的參入，提高了微電解填料的反應(yīng)效率。
[0024](3)原料采用粉碎混合工藝，細化了原料的粒徑，同等質(zhì)量原料可形成更多微電池；同時提高了填料的粘結(jié)度，有利于填料成型；另外，經(jīng)粉碎后，原料比表面積大，提高了所制備的填料的活性。
[0025](4)本發(fā)明的微電解填料對疑難、高濃度廢水的處理效果好，且在使用過程中不發(fā)生鈍化、板結(jié)現(xiàn)象。
【具體實施方式】
[0026]為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合較佳的實施例對本發(fā)明作更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。
[0027]除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。
[0028]除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過市場購買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。
[0029]實施例1
[0030]將取自機械加工廠的鐵肩用10wt%Na0H堿洗30min去油，然后用體積分數(shù)10%H2SO4酸洗活化30min，再置于干燥箱中，80°C下干燥3h后密封保存?zhèn)溆谩?br>[0031]稱取鐵肩700g、碳粉180g、Al粉80g、Cu粉30g、石灰石10g，置于粉碎機中粉碎30min，使原料粒徑達到150?200目。
[0032]往粉碎后的原料中加入適量的水?dāng)嚢柚猎险辰硬凰缮?，然后捏制成型，置于干燥箱中?0°C下干燥3h。然后將干燥后的填料置于氣氛爐中抽真空，以10?15°C/min的升溫速率升溫至1200°C燒結(jié)lh，爐冷取出即得高活性微電解填料。
[0033]實施例2
[0034]將取自機械加工廠的鐵肩用1 w t % N a O H堿洗2 5 m i η去油，然后用體積分數(shù)1 %H2SO4酸洗活化35min，再置于干燥箱中，80°C下干燥3h后密封保存?zhèn)溆谩?br>[0035]稱取鐵肩700g、碳粉180g、Al粉80g、Mn粉30g、石灰石10g，置于粉碎機中粉碎30min，使原料粒徑達到150?200目。
[0036]往粉碎后的原料中加入適量的水?dāng)嚢柚猎险辰硬凰缮ⅲ缓竽笾瞥尚?，置于干燥箱中?0°C下干燥4h。然后將干燥后的填料置于氣氛爐中抽真空，以10?15°C/min的升溫速率升溫至1300 0C燒結(jié)1.5h，爐冷取出即得高活性微電解填料。
[0037]實施例3
[0038]將取自機械加工廠的鐵肩用IOw t % NaOH堿洗3 5mi η去油，然后用體積分數(shù)1 %H2SO4酸洗活化30min，再置于干燥箱中，80°C下干燥2.5h后密封保存?zhèn)溆谩?br>[0039]稱取鐵肩700g、碳粉180g、Al粉50g、Mn粉25g、Cu粉25g、稀土金屬10g、石灰石10g，置于粉碎機中粉碎30min，使原料粒徑達到150?200目。
[0040]往粉碎后的原料中加入適量的水?dāng)嚢柚猎险辰硬凰缮?，然后捏制成型，置于干燥箱中?0°C下干燥2h。然后將干燥后的填料置于氣氛爐中抽真空，以10?15°C/min的升溫速率升溫至1100°C燒結(jié)lh，爐冷取出即得高活性微電解填料。
[0041 ] 實施例4
[0042]將取自機械加工廠的鐵肩用水洗后再置于干燥箱中，80°C下干燥3h后密封保存?zhèn)溆谩?br>[0043]稱取鐵肩700g、碳粉180g、Al粉50g、Mn粉25g、Cu粉25g、稀土金屬10g、石灰石10g，置于粉碎機中粉碎30min，使原料粒徑達到150?200目。
[0044]往粉碎后的原料中加入適量的水?dāng)嚢柚猎险辰硬凰缮ⅲ缓竽笾瞥尚?，置于干燥箱中?0°C下干燥2h。然后將干燥后的填料置于氣氛爐中抽真空，以10?15°C/min的升溫速率升溫至1100°C燒結(jié)lh，爐冷取出即得高活性微電解填料。
[0045]實施例5
[0046]用上述實施例1、2、3、4中所制得的鐵碳填料處理某化工廠的有機高濃度廢水。經(jīng)檢測廢水中COD含量為2237mg/L。
[0047]調(diào)節(jié)廢水pH為3?4，將實施例1、2、3、4制備得到的微電解填料分別置于四個燒杯中。HRT(水力停留時間)為40min，通入廢水并進行持續(xù)性曝氣。反應(yīng)槽罐出水進入氧化反應(yīng)槽罐，加入廢水量2 %的H2O2 ο廢水出氧化反應(yīng)槽罐后，投加石灰乳調(diào)節(jié)pH為8?9，然后加入適量絮凝劑。
[0048]對出水進行COD濃度檢測，采用實施例1、2、3制備得到的微電解填料對廢水進行處理后，廢水中的COD濃度分別為842.7mg/L、879.2mg/L、723.4mg/L、1346mg/L，C0D去除率分別達到了62.33%、60.7 %、67.66%、39.83 %。實施例4未經(jīng)活化處理的鐵肩較實例1、2、3經(jīng)酸洗活化的鐵肩制備的填料對廢水中COD的去除效率低很多。實例1、2、3反應(yīng)連續(xù)運行45d，填料無板結(jié)、鈍化現(xiàn)象，且實驗效果穩(wěn)定，處理效果無明顯下降。實例4反應(yīng)連續(xù)運行30d，填料開始出現(xiàn)板結(jié)、鈍化現(xiàn)象，實驗處理效果明顯下降。
[0049]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種高活性微電解填料的制備方法，包括以下步驟: (1)、將鐵肩、碳粉、金屬催化劑和造孔劑按比例進行混合、粉碎，得混合粉料； (2)、向步驟(I)所得混合粉料中加水并攪拌至原料粘結(jié)不松散，然后捏制成型； (3)、將步驟⑵捏制成型后的原料干燥，然后真空燒結(jié)，即得高活性微電解填料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，將鐵肩、碳粉、金屬催化劑和造孔劑進行混合前，先將鐵肩進行堿洗去油、酸洗活化和干燥處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述將鐵肩進行堿洗去油、酸洗活化和干燥處理操作的具體過程為:將鐵肩用1wt %的氫氧化鈉洗滌25-35min;然后用體積分數(shù)10%的硫酸洗滌活化25-35min;再將鐵肩置于干燥箱中，80°C下干燥2.5-3.5h。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，金屬催化劑為鋁粉、錳粉、銅粉和稀土金屬中的一種或幾種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，造孔劑為經(jīng)干燥、研磨處理后的石灰石。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，鐵粉、碳粉、金屬催化劑和造孔劑的質(zhì)量比為(60?80): (15?20): (4?15): (I?5)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，粉碎操作具體是指:將混合后的各原料置于粉碎機中粉碎20?40分鐘，將原料粉碎至粒徑為150?200目。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中，干燥操作的溫度為70°C?90°C，干燥時間為2?4h。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中，真空燒結(jié)操作具體是指:將原料置于氣氛爐中抽真空，以10?15°C/min的速率升溫至1000°C?1400 °C進行燒結(jié)，燒結(jié)時間為0.5?1.5h。10.一種高活性微電解填料，其特征在于:所述高活性微電解填料由權(quán)利要求1?9中任一項所述的制備方法制備得到。
【文檔編號】C02F1/461GK106006858SQ201610581640
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月21日
【發(fā)明人】張?zhí)旆? 張鴻彪, 李迪漢, 伏東才, 林文軍, 唐運雪
【申請人】株洲冶煉集團股份有限公司