專利名稱：電化學(xué)氧化法處理污水專用三維電極材料的制備方法及電化學(xué)氧化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)氧化法處理污水電極材料，尤其涉及一種電化學(xué)氧化法處 理污水專用三維電極材料的制備方法及電化學(xué)氧化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電化學(xué)氧化是處理廢水中有毒有害有機(jī)物和高濃度氨氮的一種有效方法。電化學(xué) 氧化法處理廢水時(shí)，電化學(xué)氧化可以把氨氮氧化成氮?dú)馊コ?。在有氯離子協(xié)同作用下，電化 學(xué)氧化去除氨氮的效率接近100%。利用電極表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化自由基，可以無選擇的對(duì) 有機(jī)物進(jìn)行氧化，它也可以作為生物處理的預(yù)處理而應(yīng)用。在處理過程中僅需消耗電能，不 像A/0法一樣受溫度約束，且工藝簡單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，已經(jīng)成為高濃度氨氮和難降解廢 水的預(yù)處理工藝之一。但是，電化學(xué)氧化處理廢水中污染物的過程中，水也受電解作用和導(dǎo) 電性使得電化學(xué)氧化法處理廢水的電耗遠(yuǎn)高于理論耗電量，該方法的應(yīng)用也因此而受到制 約。目前傳統(tǒng)的電化學(xué)氧化法處理廢水時(shí)只有兩個(gè)電極，即正極和負(fù)極。因此，電化學(xué) 氧化反應(yīng)主要發(fā)生在兩個(gè)電極表面。電極的表面積直接影響到電化學(xué)氧化的效率。傳統(tǒng) 的電極，如金屬電極、石墨電極等材料在污水處理中不能懸浮在系統(tǒng)中，且金屬電極易受腐 蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、操作方便，能提高反應(yīng)效率、降低能耗和縮短 反應(yīng)時(shí)間的電化學(xué)氧化法處理污水專用三維電極材料的制備方法及電化學(xué)氧化系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的電化學(xué)氧化法處理污水專用三維電極材料的制備方法，包括步驟以超細(xì)石墨粉體為導(dǎo)電體，以球形中空聚苯乙烯顆粒為填料，以水溶性環(huán)氧樹脂 為粘結(jié)劑，并以超細(xì)碳酸鈣為阻隔劑進(jìn)行造粒，然后在所造粒的表面包覆親水性硅氧烷偶 聯(lián)劑并使其水解聚合；所述超細(xì)石墨粉體的粒度為600目 2500目，由土狀石墨或鱗片石墨制得，石墨 含量大于95% ；所述球形中空聚苯乙烯顆粒的粒度為2μπι 10(^111，表觀密度在0.058/0113 0. 13g/cm3 之間；所述超細(xì)碳酸鈣粒度為600目 2500目。本發(fā)明的電化學(xué)氧化系統(tǒng)，該系統(tǒng)中加入上述的電化學(xué)氧化法處理污水專用三維 電極材料。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的電化學(xué)氧化法處理污水專 用三維電極材料的制備方法及電化學(xué)氧化系統(tǒng)，由于以超細(xì)石墨粉體為導(dǎo)電體，以球形中空聚苯乙烯顆粒為填料，以水溶性環(huán)氧樹脂為粘結(jié)劑，并以超細(xì)碳酸鈣為阻隔劑進(jìn)行造粒， 然后在其顆粒表面包覆親水性硅氧烷偶聯(lián)劑并使親水性硅氧烷偶聯(lián)劑水解聚合而制備成 的，其密度可以隨超細(xì)石墨和聚苯乙烯顆粒的比例而調(diào)整，導(dǎo)電性可以根據(jù)超細(xì)石墨和環(huán) 氧樹脂的比例進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)水處理系統(tǒng)底部曝氣時(shí)可以在系統(tǒng)中懸浮翻滾。在水中不被溶 解、電解，且顆粒表面呈現(xiàn)親水性，易于分散而不致系統(tǒng)短路。制備過程無廢水、廢氣、廢渣 排放，工藝簡單、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。在電化學(xué)氧化系統(tǒng)中加入均勻分散的上 述的三維電極材料，使得這些顆粒荷電后其表面都成為電化學(xué)氧化反應(yīng)的活性點(diǎn)，就可以 極大的增大反應(yīng)表面積，進(jìn)而提高反應(yīng)效率，降低能耗和縮短反應(yīng)時(shí)間。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的電化學(xué)氧化法處理污水專用三維電極材料的制備方法，其較佳的具體實(shí) 施方式，包括步驟以超細(xì)石墨粉體為導(dǎo)電體，以球形中空聚苯乙烯顆粒為填料，以水溶性環(huán)氧樹脂 為粘結(jié)劑，并以超細(xì)碳酸鈣為阻隔劑進(jìn)行造粒，然后在所造粒的表面包覆親水性硅氧烷偶 聯(lián)劑并使其水解聚合；所述超細(xì)石墨粉體的粒度為600目 2500目，由土狀石墨或鱗片石墨制得，石墨 含量大于95% ；所述球形中空聚苯乙烯顆粒的粒度為2μπι 10(^111，表觀密度在0.058/0113 0. 13g/cm3 之間；所述超細(xì)碳酸鈣粒度為600目 2500目。所述超細(xì)石墨粉體由土狀石墨或鱗片石墨制得，石墨含量大于95% ；所述超細(xì)碳酸鈣由天然方解石研磨制得，或由化學(xué)沉淀法制得。具體的工藝過程包括步驟A、將超細(xì)石墨粉體、球形中空聚苯乙烯顆粒按照質(zhì)量比為1. 0 0. 3 0. 6的質(zhì) 量比混合均勻；B、按照水溶性環(huán)氧樹脂與固化劑照質(zhì)量比為1. 0 0. 1 0. 3的比例稱取水溶性 環(huán)氧樹脂和固化劑，并在燒杯中攪拌均勻；C、將超細(xì)石墨粉體和球形中空聚苯乙烯顆粒的混合物與水溶性環(huán)氧樹脂和固化 劑的混合物按照質(zhì)量比為ι. O 0. 2 0. 5的比例混合均勻，摻加細(xì)度為600目 2500目 的超細(xì)碳酸鈣后放入造粒機(jī)中轉(zhuǎn)動(dòng)造粒，使所造粒的尺寸為0. 2cm 0. 5cm時(shí)出料；造粒后 的導(dǎo)電顆粒在常溫下固化3 8h ；D、按照水溶性硅氧烷偶聯(lián)劑水=0. 5% 1. 5%的比例稱取水溶性硅氧烷和 水，混合溶解后制備硅氧烷水溶液，將固化后的導(dǎo)電顆粒倒入該水溶液中浸泡IOmin 30min后濾出；E、將濾出后的導(dǎo)電顆粒在25°C 100°C下干燥，即可得到電化學(xué)氧化污水處理專 用三維電極材料。所述三維電極材料的密度在1. Og/cm3 1. lg/cm3之間。本發(fā)明的電化學(xué)氧化系統(tǒng)，該系統(tǒng)中加入上述的電化學(xué)氧化法處理污水專用三維 電極材料。在電化學(xué)氧化系統(tǒng)中加入均勻分散的上述的三維電極材料，使得這些顆粒荷電
4后其表面都成為電化學(xué)氧化反應(yīng)的活性點(diǎn)，就可以極大的增大反應(yīng)表面積，進(jìn)而提高反應(yīng) 效率，降低能耗和縮短反應(yīng)時(shí)間。三維電極材料的表觀密度在1. Og/cm3 1. lg/cm3之間、 粒度和形狀可控，且具備耐酸堿、耐水、不溶于水等特殊要求。本發(fā)明以超細(xì)石墨粉體為導(dǎo)電體，以球形中空聚苯乙烯顆粒為填料，以水溶性環(huán) 氧樹脂為粘結(jié)劑，并以超細(xì)碳酸鈣為阻隔劑進(jìn)行造粒，然后在其顆粒表面包覆親水性硅氧 烷偶聯(lián)劑并使親水性硅氧烷偶聯(lián)劑水解聚合而制備成的，其密度可以隨超細(xì)石墨和聚苯乙 烯顆粒的比例而調(diào)整，導(dǎo)電性可以根據(jù)超細(xì)石墨和環(huán)氧樹脂的比例進(jìn)行調(diào)整。其密度可以 控制在1. Og/cm3 1. lg/cm3之間，當(dāng)水處理系統(tǒng)底部曝氣時(shí)可以在系統(tǒng)中懸浮翻滾。在水 中不被溶解、電解，且顆粒表面呈現(xiàn)親水性，易于分散而不致系統(tǒng)短路。其在操作過程中自 身不被水體污染且不污染水體。本發(fā)明制備的電化學(xué)氧化污水處理專用三維電極材料，由于含有石墨，且石墨顆 粒相互連接而導(dǎo)電，由于含有密度低且不吸水的中空聚苯乙烯顆粒，而可以調(diào)節(jié)其密度在 1. Og/cm3 1. lg/cm3之間，因其表面含有聚合的水溶性硅氧烷而呈現(xiàn)親水性，可以單獨(dú)分 散在水中而不發(fā)生團(tuán)聚和電路短路現(xiàn)象。因此可以應(yīng)用于水處理過程中的電化學(xué)氧化過 程。本產(chǎn)品制備過程無廢水、廢氣、廢渣排放，工藝簡單，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。具體實(shí)施例實(shí)施例1，包括步驟1、稱取IOOg粒度為600目的鱗片石墨粉、30g球形中空聚苯乙烯顆粒，在容器中攪 拌均勻；2、稱取24g水溶性環(huán)氧樹脂和2. 4g水溶性環(huán)氧樹脂固化劑，在燒杯中攪拌均勻；3、將步驟A和步驟B制得的混合物混在一起并攪拌均勻，并加入16g粒度為600 目的超細(xì)碳酸鈣，混合均勻后放入造粒機(jī)中造粒lOmin，使其粒度為0. 2cm 0. 5cm時(shí)出料； 造粒后的導(dǎo)電顆粒材料在常溫下靜置、固化3h ；4、稱取水溶性硅氧烷偶聯(lián)劑0. 5g，水100g，混合溶解后，將固化后的顆粒倒入該 水溶液中浸泡IOmin后濾出；5、將濾出后的導(dǎo)電顆粒在25°C常溫下干燥，即可得到電化學(xué)氧化污水處理專用三 維電極材料。按實(shí)施例1制成的電化學(xué)氧化污水處理專用三維電極材料電阻為2. 85kQ，顆粒 尺寸為3. 5mm 5. Omm、顆粒表觀密度為1. 09g/cm3。實(shí)施例2，包括步驟1、稱取IOOg粒度為2500目的土狀石墨粉、60g球形中空聚苯乙烯顆粒，在容器中 攪拌均勻；B、稱取64g水溶性環(huán)氧樹脂和16g水溶性環(huán)氧樹脂固化劑，在燒杯中攪拌均勻；C、將步驟A和步驟B制得的混合物混在一起并攪拌均勻，并加入45g粒度為2500 目的超細(xì)碳酸鈣，混合均勻后放入造粒機(jī)中造粒15min，使其粒度為0. 2cm 0. 3cm時(shí)出料； 造粒后的導(dǎo)電顆粒材料在常溫下靜置、固化8h ；D、稱取水溶性硅氧烷偶聯(lián)劑1. 5g，水100g，混合溶解后，將固化后的顆粒倒入該 水溶液中浸泡30min后濾出；E、將濾出后的導(dǎo)電顆粒在100°C下干燥，即可得到電化學(xué)氧化污水處理專用三維電極材料。按實(shí)施例2制成的電化學(xué)氧化污水處理專用三維電極材料電阻為28. 94kQ，顆粒 尺寸為2. 5mm 3. 0mm、顆粒表觀密度為1. 02g/cm3。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種電化學(xué)氧化法處理污水專用三維電極材料的制備方法，其特征在于，包括步驟以超細(xì)石墨粉體為導(dǎo)電體，以球形中空聚苯乙烯顆粒為填料，以水溶性環(huán)氧樹脂為粘結(jié)劑，并以超細(xì)碳酸鈣為阻隔劑進(jìn)行造粒，然后在所造粒的表面包覆親水性硅氧烷偶聯(lián)劑并使其水解聚合；所述超細(xì)石墨粉體的粒度為600目～2500目，由土狀石墨或鱗片石墨制得，石墨含量大于95％；所述球形中空聚苯乙烯顆粒的粒度為2μm～100μm，表觀密度在0.05g/cm3～0.13g/cm3之間；所述超細(xì)碳酸鈣粒度為600目～2500目。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)氧化法處理污水專用三維電極材料的制備方法，其特 征在于，所述超細(xì)石墨粉體由土狀石墨或鱗片石墨制得，石墨含量大于95% ；所述超細(xì)碳酸鈣由天然方解石研磨制得，或由化學(xué)沉淀法制得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)氧化法處理污水專用三維電極材料的制備方法，其特 征在于，包括步驟A、將超細(xì)石墨粉體、球形中空聚苯乙烯顆粒按照質(zhì)量比為1.0 0.3 0.6的質(zhì)量比 混合均勻；B、按照水溶性環(huán)氧樹脂與固化劑照質(zhì)量比為1.0 0.1 0.3的比例稱取水溶性環(huán)氧 樹脂和固化劑，并在燒杯中攪拌均勻；C、將超細(xì)石墨粉體和球形中空聚苯乙烯顆粒的混合物與水溶性環(huán)氧樹脂和固化劑的 混合物按照質(zhì)量比為1. 0 0. 2 0. 5的比例混合均勻，摻加細(xì)度為600目 2500目的超 細(xì)碳酸鈣后放入造粒機(jī)中轉(zhuǎn)動(dòng)造粒，使所造粒的尺寸為0. 2cm 0. 5cm時(shí)出料；造粒后的導(dǎo) 電顆粒在常溫下固化fSh;D、按照水溶性硅氧烷偶聯(lián)劑水=0.5% 1. 5%的比例稱取水溶性硅氧烷和水，混 合溶解后制備硅氧烷水溶液，將固化后的導(dǎo)電顆粒倒入該水溶液中浸泡lOmin 30min后 濾出；E、將濾出后的導(dǎo)電顆粒在25°C 100°C下干燥，得到所述的電化學(xué)氧化法處理污水專 用三維電極材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)氧化法處理污水專用三維電極材料的制備方法，其特 征在于，所述三維電極材料的密度在1. Og/cm3 1. lg/cm3之間。
5.一種電化學(xué)氧化系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)中加入權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的電化 學(xué)氧化法處理污水專用三維電極材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電化學(xué)氧化法處理污水專用三維電極材料的制備方法及電化學(xué)氧化系統(tǒng)，以超細(xì)石墨粉體為導(dǎo)電體，以球形中空聚苯乙烯顆粒為填料，以水溶性環(huán)氧樹脂為粘結(jié)劑，并以超細(xì)碳酸鈣為阻隔劑進(jìn)行造粒，然后在其顆粒表面包覆親水性硅氧烷偶聯(lián)劑并使其水解聚合而制備成的。其密度可以隨超細(xì)石墨和聚苯乙烯顆粒的比例而調(diào)整，導(dǎo)電性可以根據(jù)超細(xì)石墨和環(huán)氧樹脂的比例進(jìn)行調(diào)整，密度可以控制在1.0g/cm3～1.1g/cm3之間。當(dāng)水處理系統(tǒng)底部曝氣時(shí)可以在系統(tǒng)中懸浮翻滾。在水中不被溶解、電解，且顆粒表面呈現(xiàn)親水性，易于分散而不致系統(tǒng)短路。在操作過程中自身不被水體污染且不污染水體。
文檔編號(hào)C02F1/72GK101955246SQ20101026907
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者何緒文, 劉俐媛, 張春暉, 王建兵, 王春榮, 秦強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)