一种高活性微电解填料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高活性微电解填料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)、将铁屑、碳粉、金属催化剂和造孔剂按比例进行混合、粉碎，得混合粉料；(2)、向步骤(1)所得混合粉料中加水并搅拌至原料粘结不松散，然后捏制成型；(3)、将步骤(2)捏制成型后的原料干燥，然后真空烧结，即得高活性微电解填料。该制备方法操作简单，由该方法制备得到的微电解填料活性高，氧化还原电势差高，惰性成分少，对疑难复杂废水处理效果好，适用范围广，且在使用过程中不发生钝化、板结等现象。
【专利说明】
一种高活性微电解填料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种高活性微电解填料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]微电解高效水处理技术，是近年新兴的废水处理技术，适用范围广，处理效果好，成本低，操作维护方便，不需要消耗电力资源，反应速度快，处理效果稳定，不会造成二次污染，能提高废水的可生化性，可以达到化学沉淀除磷，可以通过还原除重金属，可以降低COD含量。该技术一般可以作为预处理或者在深度处理部分与其他工艺搭配使用。该技术为当前工业废水的处理带来了新生机，具有广阔的市场发展前景。
[0003]微电解高效水处理技术是基于金属材料的腐蚀电化学原理，将两种或多种具有不同电极电位的金属或非金属直接接触在一起，浸泡在传导性的电解质溶液中，发生电池效应而形成无数微小的腐蚀电池，包括了宏观电池与微观电池。铁碳微电解是架桥、卷扫、共沉、絮凝、吸附、电沉积、电化学还原等多种作用综合效应的结果。
[0004]目前市售微电解填料产品主要存在的问题如下:(I)仅以铁粉、碳粉及粘结剂作为原料，其氧化还原电势差较低；(2)原料粒径较大，因而原料的表面活性及填料比表面积较小；(3)不参与反应的粘结剂添加量过大，影响填料反应效率。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，克服以上【背景技术】中提到的不足和缺陷，提供一种氧化还原电势差高、比表面积大、惰性成分少的适合于对疑难复杂废水进行处理的高活性微电解填料及其制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:
[0007]—种高活性微电解填料的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)、将铁肩、碳粉、金属催化剂和造孔剂按比例进行混合、粉碎，得混合粉料；
[0009](2)、向步骤(I)所得混合粉料中加水并搅拌至原料粘结不松散，然后捏制成型；
[0010](3)、将步骤(2)捏制成型后的原料干燥，然后真空烧结，即得高活性微电解填料。[0011 ]在填料中添加活泼性较Fe高的金属(如Zn、Al等)作为催化剂，有利于提高填料使用时反应体系的氧化还原电势差，对于疑难有机废水具有更好的处理效果。同时，因金属催化剂活泼性较强，反应效率也得到一定程度的提升。除此之外，添加一定量的两性金属(如Ζη、Α1)，有利于填料在低酸度的条件下反应，扩大了填料对废水的pH适用范围；通过在原料中添加造孔剂，可在填料烧结时释放气体，形成气路通道，提高填料的孔隙率和原料的粘结度，从而可减少或不添加粘土等粘结剂，减少惰性成分的掺入，提高微电解填料的反应效率。通过对原料进行粉碎混合，可细化原料粒径，提高原料的比表面积，并可将原料充分混合均匀，提高原料的粘结度。由该方法制备的微电解填料反应效率高，比表面积大，对废水的PH适用范围广，对高浓度废水处理效果好，且在使用过程中不发生钝化、板结现象。
[0012]上述的制备方法，优选的，所述步骤(I)中，将铁肩与碳粉、金属催化剂和造孔剂进行混合前，先将铁肩进行碱洗去油、酸洗活化和干燥处理。将各原料混合前先对铁肩进行活化，可提高所得微电解填料的活性。
[0013]上述的制备方法，优选的，所述将铁肩进行碱洗去油、酸洗活化和干燥处理操作的具体过程为:将铁肩用1wt %的氢氧化钠洗涤25-35min ；然后用体积分数10 %的硫酸洗涤活化25-35min;再将铁肩置于干燥箱中，80°C下干燥2.5-3.5h。
[0014]上述的制备方法，优选的，所述步骤(I)中，金属催化剂为铝粉、锰粉、铜粉和稀土金属中的一种或几种。选用上述金属催化剂可有效地提高填料的氧化还原电势差，提高填料活性。
[0015]上述的制备方法，优选的，所述步骤(I)中，造孔剂为经干燥、研磨处理后的石灰石。选用石灰石作为造孔剂，烧结时可释放CO2气体，有效提高填料的孔隙率和原料之间的粘结度，而且成本较低。
[0016]上述的制备方法，优选的，所述步骤(I)中，铁粉、碳粉、金属催化剂和造孔剂的质量比为(60?80): (15?20): (4?15): (I?5)。采用该比例范围将各原料进行混合制备的微电解填料可获得较高的活性，对废水的处理效果更好。
[0017]上述的制备方法，优选的，所述步骤(I)中，粉碎操作具体是指:将混合后的各原料置于粉碎机中粉碎20?40分钟，将原料粉碎至粒径为150?200目。在该粒径范围内，原料的比表面积比较适中。
[0018]上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，干燥操作的温度为700C?900C，干燥时间为2?4h。
[0019]上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，真空烧结操作具体是指:将原料置于气氛炉中抽真空，以1?15 °C /min的速率升温至1000°C?1400 °C进行烧结，烧结时间为0.5?
1.5h。在此烧结条件下制备的微电解填料活性更高。
[0020]作为一个总的发明构思，本发明另一方面提供了一种高活性微电解填料，所述高活性微电解填料由上述的制备方法制备得到。
[0021]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0022](I)通过在原料中加入金属催化剂，提高了填料的氧化还原电势差和对废水pH的适用范围。
[0023](2)通过在原料中添加造孔剂，可在填料烧结时释放气体，形成气路通道，提高填料的孔隙率和原料的粘结度，减少了惰性成分的参入，提高了微电解填料的反应效率。
[0024](3)原料采用粉碎混合工艺，细化了原料的粒径，同等质量原料可形成更多微电池；同时提高了填料的粘结度，有利于填料成型；另外，经粉碎后，原料比表面积大，提高了所制备的填料的活性。
[0025](4)本发明的微电解填料对疑难、高浓度废水的处理效果好，且在使用过程中不发生钝化、板结现象。
【具体实施方式】
[0026]为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
[0027]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
[0028]除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0029]实施例1
[0030]将取自机械加工厂的铁肩用10wt%Na0H碱洗30min去油，然后用体积分数10%H2SO4酸洗活化30min，再置于干燥箱中，80°C下干燥3h后密封保存备用。
[0031]称取铁肩700g、碳粉180g、Al粉80g、Cu粉30g、石灰石10g，置于粉碎机中粉碎30min，使原料粒径达到150?200目。
[0032]往粉碎后的原料中加入适量的水搅拌至原料粘接不松散，然后捏制成型，置于干燥箱中于80°C下干燥3h。然后将干燥后的填料置于气氛炉中抽真空，以10?15°C/min的升温速率升温至1200°C烧结lh，炉冷取出即得高活性微电解填料。
[0033]实施例2
[0034]将取自机械加工厂的铁肩用1 w t % N a O H碱洗2 5 m i η去油，然后用体积分数1 %H2SO4酸洗活化35min，再置于干燥箱中，80°C下干燥3h后密封保存备用。
[0035]称取铁肩700g、碳粉180g、Al粉80g、Mn粉30g、石灰石10g，置于粉碎机中粉碎30min，使原料粒径达到150?200目。
[0036]往粉碎后的原料中加入适量的水搅拌至原料粘接不松散，然后捏制成型，置于干燥箱中于70°C下干燥4h。然后将干燥后的填料置于气氛炉中抽真空，以10?15°C/min的升温速率升温至1300 0C烧结1.5h，炉冷取出即得高活性微电解填料。
[0037]实施例3
[0038]将取自机械加工厂的铁肩用IOw t % NaOH碱洗3 5mi η去油，然后用体积分数1 %H2SO4酸洗活化30min，再置于干燥箱中，80°C下干燥2.5h后密封保存备用。
[0039]称取铁肩700g、碳粉180g、Al粉50g、Mn粉25g、Cu粉25g、稀土金属10g、石灰石10g，置于粉碎机中粉碎30min，使原料粒径达到150?200目。
[0040]往粉碎后的原料中加入适量的水搅拌至原料粘接不松散，然后捏制成型，置于干燥箱中于90°C下干燥2h。然后将干燥后的填料置于气氛炉中抽真空，以10?15°C/min的升温速率升温至1100°C烧结lh，炉冷取出即得高活性微电解填料。
[0041 ] 实施例4
[0042]将取自机械加工厂的铁肩用水洗后再置于干燥箱中，80°C下干燥3h后密封保存备用。
[0043]称取铁肩700g、碳粉180g、Al粉50g、Mn粉25g、Cu粉25g、稀土金属10g、石灰石10g，置于粉碎机中粉碎30min，使原料粒径达到150?200目。
[0044]往粉碎后的原料中加入适量的水搅拌至原料粘接不松散，然后捏制成型，置于干燥箱中于90°C下干燥2h。然后将干燥后的填料置于气氛炉中抽真空，以10?15°C/min的升温速率升温至1100°C烧结lh，炉冷取出即得高活性微电解填料。
[0045]实施例5
[0046]用上述实施例1、2、3、4中所制得的铁碳填料处理某化工厂的有机高浓度废水。经检测废水中COD含量为2237mg/L。
[0047]调节废水pH为3?4，将实施例1、2、3、4制备得到的微电解填料分别置于四个烧杯中。HRT(水力停留时间)为40min，通入废水并进行持续性曝气。反应槽罐出水进入氧化反应槽罐，加入废水量2 %的H2O2 ο废水出氧化反应槽罐后，投加石灰乳调节pH为8?9，然后加入适量絮凝剂。
[0048]对出水进行COD浓度检测，采用实施例1、2、3制备得到的微电解填料对废水进行处理后，废水中的COD浓度分别为842.7mg/L、879.2mg/L、723.4mg/L、1346mg/L，C0D去除率分别达到了62.33%、60.7 %、67.66%、39.83 %。实施例4未经活化处理的铁肩较实例1、2、3经酸洗活化的铁肩制备的填料对废水中COD的去除效率低很多。实例1、2、3反应连续运行45d，填料无板结、钝化现象，且实验效果稳定，处理效果无明显下降。实例4反应连续运行30d，填料开始出现板结、钝化现象，实验处理效果明显下降。
[0049]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高活性微电解填料的制备方法，包括以下步骤: (1)、将铁肩、碳粉、金属催化剂和造孔剂按比例进行混合、粉碎，得混合粉料； (2)、向步骤(I)所得混合粉料中加水并搅拌至原料粘结不松散，然后捏制成型； (3)、将步骤⑵捏制成型后的原料干燥，然后真空烧结，即得高活性微电解填料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中，将铁肩、碳粉、金属催化剂和造孔剂进行混合前，先将铁肩进行碱洗去油、酸洗活化和干燥处理。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将铁肩进行碱洗去油、酸洗活化和干燥处理操作的具体过程为:将铁肩用1wt %的氢氧化钠洗涤25-35min;然后用体积分数10%的硫酸洗涤活化25-35min;再将铁肩置于干燥箱中，80°C下干燥2.5-3.5h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中，金属催化剂为铝粉、锰粉、铜粉和稀土金属中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中，造孔剂为经干燥、研磨处理后的石灰石。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中，铁粉、碳粉、金属催化剂和造孔剂的质量比为(60?80): (15?20): (4?15): (I?5)。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(I)中，粉碎操作具体是指:将混合后的各原料置于粉碎机中粉碎20?40分钟，将原料粉碎至粒径为150?200目。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中，干燥操作的温度为70°C?90°C，干燥时间为2?4h。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述步骤(3)中，真空烧结操作具体是指:将原料置于气氛炉中抽真空，以10?15°C/min的速率升温至1000°C?1400 °C进行烧结，烧结时间为0.5?1.5h。10.一种高活性微电解填料，其特征在于:所述高活性微电解填料由权利要求1?9中任一项所述的制备方法制备得到。
【文档编号】C02F1/461GK106006858SQ201610581640
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】张天芳, 张鸿彪, 李迪汉, 伏东才, 林文军, 唐运雪
【申请人】株洲冶炼集团股份有限公司