一种赤泥基粒子电极及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种三维电极反应器的赤泥基粒子电极及其制备方法：由赤泥、页岩、成孔剂、活化剂组成，按重量百分比计，干燥细赤泥颗粒为50-60%、干燥细页岩为10-20%、成孔剂为10-20%、活化剂为10-20%。利用拜尔法赤泥制备赤泥基粒子电极，不仅可以充分利用拜尔法赤泥中的有效成分，增加铝工业的副产品价值，而且有效开辟出拜尔法赤泥减量化、资源化的新途径，消除其所带来的环境污染问题，减少占地面积。赤泥基粒子电极以拜尔法赤泥为主要原料，产品性能可以达到行业标准，符合当前我国“循环经济，节能减排”的政策。
【专利说明】 一种赤泥基粒子电极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于废水处理【技术领域】，特别涉及一种用于处理城市污水中难降解有机物的赤泥基粒子电极及其制备方法。
【背景技术】
[0002]赤泥是制铝工业在炼制氧化铝过程中排出的极细颗粒强碱性固体废弃物，因含有氧化铁而呈红色，故称为赤泥。中国是世界第4大氧化铝生产国，每年都会排放高达数百万吨的赤泥。我国现阶段仍有大量的赤泥得不到有效利用，在堆场堆放，不仅占用了大量的土地，而且赤泥是碱性物质，长期堆放会碱化土地，污染地下水，造成环境污染。因此，赤泥的综合利用正成为一个日益重要的课题，也是目前环保领域与废弃物资源化利用领域关注的一个执占。
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[0003]赤泥中各元素的含量与铝土矿的成分及炼制铝的方法有关，所以不同的铝土矿，不同的炼制方法产生的赤泥的成份也是不同的。根据文献所述，一般采用拜耳法炼铝时产生的赤泥，其中S1、Al、Fe的含量较高，它们在赤泥中往往以氧化态的形式存在，这些元素恰恰也是粒子电极制备的活化促进剂成分。因此利用拜耳法炼铝后作为废弃物的赤泥中的这些可利用元素来合成高效、环保的粒子电极，用于处理城市污水，可使赤泥得到有效利用，从而达到“以废治废”的目的，获得良好的经济效益。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是以赤泥为基质，提供一种赤泥基粒子电极及其制备方法。本发明所提供的粒子电极材料作为三维电极反应器的工作电极，可有效降解城市污水中的有机物，且电流效率高，能耗低。
[0005]一种赤泥基粒子电极，按照重量百分比计，干燥细赤泥颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。
[0006]所述成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。
[0007]所述活化剂可以是Fe304、Fe203、Mn02、ZnO中的一种。
[0008]所述赤泥是制铝工业在炼制氧化铝过程中排出的极细颗粒强碱性固体废弃物，因含有氧化铁而呈红色，是一种工业废弃物。
[0009]上述赤泥基粒子电极的制备方法，包括如下步骤:
A、赤泥颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120°C下烘干，然后过60目筛，取干燥细赤泥颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120°C烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细赤泥颗粒、步骤B中的干燥细页岩、成孔剂和活化剂按照一定的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球； D、将步骤C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120°C/h升至300°C，加热2h，然后以 60°C /h 升至 550°C，活化 10-30min,再以 300°C /h 升至 1050°C焙烧 10_30min，自然冷却至室温，得到赤泥基粒子电极材料。
[0010]按照重量百分比计，干燥细赤泥颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占 10-20%。
[0011]所述成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。
[0012]所述活化剂可以是Fe304、Fe203、Mn02、ZnO中的一种。
[0013]通过上述制备方法制备的赤泥基粒子电极,取固体废弃物赤泥为原料。赤泥中含有多种元素，其中Al、Fe的含量较高，它们在赤泥中往往以氧化态的形式存在，这些元素恰恰也是粒子电极制备的活化促进剂成分。赤泥基粒子电极颗粒表面粗燥，对废水中的污染物质具有较好的吸附、去除作用。而且，拜耳法炼铝过程中产生的废弃物赤泥，其堆放不仅需要资金和大面积堆场，而且污染环境。利用赤泥制作三维电极用的粒子催化电极，可以变废为宝，减少环境的污染、土地的占用等问题。
[0014]本发明提供的赤泥基粒子电极及其制备方法，符合当前国家节能减排的环保政策。制备的粒子电极多孔，且孔径大，具有很大的比表面积、很强的吸附性能、良好的导电性和催化性能是一种新型高效的粒子电极。
[0015]以下结合【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】
[0016]实施例一:
A、赤泥颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120°C下烘干，然后过60目筛，取干燥细赤泥颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120°C烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细赤泥颗粒、步骤B中的干燥细页岩、炭粉和Fe3O4按照50%: 20%: 20%: 10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120°C/h升至300°C，加热2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙烧30min，自然冷却至室温，得到赤泥基粒子电极材料。
[0017]取上述实施例中制备的赤泥基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V,电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到95%。
[0018]实施例二:
A、赤泥颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120°C下烘干，然后过60目筛，取干燥细赤泥颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120°C烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细赤泥颗粒、步骤B中的干燥细页岩、锯末屑和Fe2O3按照55%: 15%: 15%: 15%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120°C/h升至300°C，加热2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙烧30min，自然冷却至室温，得到赤泥基粒子电极材料。
[0019]取上述实施例中制备的赤泥基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V,电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到94%。
[0020]实施例三:
A、赤泥颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120°C下烘干，然后过60目筛，取干燥细赤泥颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120°C烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细赤泥颗粒、步骤B中的干燥细页岩、淀粉和MnO2按照60%: 15%: 15%: 10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120°C/h升至300°C，加热2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙烧30min，自然冷却至室温，得到赤泥基粒子电极材料。
[0021]取上述实施例中制备的赤泥基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V,电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到94%。
[0022]实施例四:
A、赤泥颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120°C下烘干，然后过60目筛，取干燥细赤泥颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120°C烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细赤泥颗粒、步骤B中的干燥细页岩、淀粉和MnO2按照60%: 10%: 10%: 20%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120°C/h升至300°C，加热2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙烧30min，自然冷却至室温，得到赤泥基粒子电极材料。
[0023]取上述实施例中制备的赤泥基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V,电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到96%。
[0024]实施例五: A、赤泥颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120°C下烘干，然后过60目筛，取干燥细赤泥颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120°C烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细赤泥颗粒、步骤B中的干燥细页岩、聚乙烯醇(PVA)和ZnO按照55%: 15%:20%: 10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120°C/h升至300°C，加热2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙烧30min，自然冷却至室温，得到赤泥基粒子电极材料。
[0025]取上述实施例中制备的赤泥基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V,电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到96%。
[0026]实施例六:
A、赤泥颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120°C下烘干，然后过60目筛，取干燥细赤泥颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120°C烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细赤泥颗粒、步骤B中的干燥细页岩、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和ZnO按照55%: 15%:20%: 10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120°C/h升至300°C，加热2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙烧30min，自然冷却至室温，得到赤泥基粒子电极材料。
[0027]取上述实施例中制备的赤泥基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V,电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到97%。
[0028]实施例七:
A、赤泥颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120°C下烘干，然后过60目筛，取干燥细赤泥颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120°C烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细赤泥颗粒、步骤B中的干燥细页岩、聚苯乙烯和ZnO按照55%: 10%: 15%:20%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120°C/h升至300°C，加热2h，然后以60°C /h升至550°C，活化20min，再以300°C /h升至1050°C焙烧30min，自然冷却至室温，得到赤泥基粒子电极材料。
[0029]取上述实施例中制备的赤泥基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V,电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到
94%。
【权利要求】
1.一种赤泥基粒子电极，其特征在于:按照重量百分比计，包括干燥细赤泥颗粒50-60%、干燥细页岩10-20%、成孔剂10-20%、活化剂10_20%。
2.如权利要求1所述的赤泥基粒子电极，其特征在于:成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。
3.如权利要求1所述的赤泥基粒子电极，其特征在于:活化剂可以是Fe304、Fe203、Mn02、ZnO中的一种。
4.一种赤泥基粒子电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: A、赤泥颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120°C下烘干，然后过60目筛，取干燥细赤泥颗粒； B、页岩放于烘箱内120°C烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩； C、将步骤A中的干燥细赤泥颗粒、步骤B中的干燥细页岩、成孔剂和活化剂按照一定的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球； D、将步骤C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小时； E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120°C/h升至300°C，加热2h，然后以 60°C /h 升至 550°C，活化 10-30min,再以 300°C /h 升至 1050°C焙烧 10_30min，自然冷却至室温，得到赤泥基粒子电极材料。
5.如权利要求4所述的赤泥基粒子电极的制备方法，其特征在于:按照重量百分比计，干燥细赤泥颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10_20%。
6.如权利要求4所述的赤泥基粒子电极的制备方法，其特征在于:所述成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。
7.如权利要求4所述的赤泥基粒子电极的制备方法，其特征在于:所述活化剂可以是Fe304、Fe203、Mn02、ZnO 中的一种。
【文档编号】C02F1/461GK104276630SQ201310275574
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】于衍真, 冯岩, 谭娟, 胡栗, 郭玉中, 范丽莎 申请人:济南大学