一種硫鐵礦焙燒渣基粒子電極及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維電極反應器的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極及其制備方法：由硫鐵礦焙燒渣、頁巖、成孔劑、活化劑組成，按重量百分比計，干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒為50-60%、干燥細頁巖為10-20%、成孔劑為10-20%、活化劑為10-20%。利用硫鐵礦焙燒渣制備硫鐵礦焙燒渣基粒子電極，不僅可以充分利用硫鐵礦焙燒渣中的有效成分，而且有效開辟出硫鐵礦焙燒渣減量化、資源化的新途徑，消除其所帶來的環(huán)境污染問題，減少占地面積。本發(fā)明提供的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極及其制備方法，符合當前國家節(jié)能減排的環(huán)保政策。制備的粒子電極多孔，且孔徑大，具有很大的比表面積、很強的吸附性能、良好的導電性和催化性能，是一種新型高效的粒子電極。
【專利說明】 一種硫鐵礦焙燒渣基粒子電極及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理【技術領域】，特別涉及一種用于處理城市污水中難降解有機物的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極及其制備方法。
【背景技術】
[0002]硫鐵礦焙燒渣是采用硫鐵礦或含硫尾砂做原料生產硫酸過程中所排出的一種廢渣。我國每年有數百萬噸燒渣排出，燒渣中一般含鐵在30%-50%左右.還含有一定量的銅、鉛、鋅、銀、金及其它稀貴元素和放射性元素，其中一些氧化物恰恰也是粒子電極制備的活化促進劑成分。因此利用硫鐵礦焙燒渣中的這些可利用元素來合成高效、環(huán)保的粒子電極，用于處理城市污水，可使硫鐵礦焙燒渣得到有效利用，從而達到“以廢治廢”的目的，獲得良好的經濟效益。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的是以硫鐵礦焙燒渣為基質，提供一種硫鐵礦焙燒渣基粒子電極及其制備方法。本發(fā)明所提供的粒子電極材料作為三維電極反應器的工作電極，可有效降解廢水中的有機物，且電流效率高，能耗低。
[0004]一種硫鐵礦焙燒渣基粒子電極，按照重量百分比計，干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒占50-60%、干燥細頁巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10_20%。
[0005]所述成孔劑可以是炭粉、鋸末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚苯乙烯顆粒中的一種。
[0006]所述活化劑可以是Fe304、Fe203、Mn02、ZnO中的一種。
[0007]所述硫鐵礦焙燒渣采用硫鐵礦或含硫尾砂做原料生產硫酸過程中所排出的一種廢渣，是一種工業(yè)廢棄物。
[0008]上述硫鐵礦焙燒渣基粒子電極的制備方法，包括如下步驟:
A、硫鐵礦焙燒渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、成孔劑和活化劑按照一定的重量百分比，混合并攪拌均勻，擠壓成生料球；
D、將步驟C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小時；
E、將步驟D中烘干后的生料球，置于高溫爐中從室溫以120°C/h升至300°C，加熱2h，然后以 60°C /h 升至 550°C，活化 10-30min,再以 300°C /h 升至 1050°C焙燒 10_30min，自然冷卻至室溫，得到硫鐵礦焙燒渣基粒子電極材料。
[0009]按照重量百分比計，干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒占50-60%、干燥細頁巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%。
[0010]所述成孔劑可以是炭粉、鋸末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚苯乙烯顆粒中的一種。
[0011]所述活化劑可以是Fe3O4、Fe203、MnO2、ZnO中的一種。
[0012]通過上述制備方法制備的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極，取固體廢棄物硫鐵礦焙燒渣為原料。硫鐵礦焙燒渣中含有多種氧化物，其中Fe203、Fe3O4和FeO的含量較高，這些氧化物恰恰也是粒子電極制備的活化促進劑成分。硫鐵礦焙燒渣基粒子電極顆粒表面粗燥，對廢水中的污染物質具有較好的吸附、去除作用。而且，硫鐵礦焙燒渣的堆放不僅需要資金和大面積堆場，而且污染環(huán)境。利用硫鐵礦焙燒渣制作三維電極用的粒子催化電極，可以變廢為寶，減少環(huán)境的污染、土地的占用等問題。
[0013]本發(fā)明提供的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極及其制備方法，符合當前國家節(jié)能減排的環(huán)保政策。制備的粒子電極多孔，且孔徑大，具有很大的比表面積、很強的吸附性能、良好的導電性和催化性能是一種新型高效的粒子電極。
[0014]以下結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0015]實施例一:
A、硫鐵礦焙燒渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、炭粉和Fe3O4按照50%: 20%: 20%: 10%的重量百分比，混合并攪拌均勻，擠壓成生料球；
D、將步驟C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小時；
E、將步驟D中烘干后的生料球，置于高溫爐中從室溫以120°C/h升至300°C，加熱2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙燒30min，自然冷卻至室溫，得到硫鐵礦焙燒渣基粒子電極材料。
[0016]取上述實施例中制備的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到95%。
[0017]實施例二:
A、硫鐵礦焙燒渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、鋸末屑和Fe2O3按照55%: 15%: 15%: 15%的重量百分比，混合并攪拌均勻，擠壓成生料球；
D、將步驟C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小時；
E、將步驟D中烘干后的生料球，置于高溫爐中從室溫以120°C/h升至300°C，加熱2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙燒30min，自然冷卻至室溫，得到硫鐵礦焙燒渣基粒子電極材料。
[0018]取上述實施例中制備的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到94%。
[0019]實施例三:
A、硫鐵礦焙燒渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、淀粉和MnO2按照60%: 15%: 15%: 10%的重量百分比，混合并攪拌均勻，擠壓成生料球；
D、將步驟C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小時；
E、將步驟D中烘干后的生料球，置于高溫爐中從室溫以120°C/h升至300°C，加熱2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙燒30min，自然冷卻至室溫，得到硫鐵礦焙燒渣基粒子電極材料。
[0020]取上述實施例中制備的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到94%。
[0021]實施例四:
A、硫鐵礦焙燒渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、淀粉和MnO2按照60%: 10%: 10%: 20%的重量百分比，混合并攪拌均勻，擠壓成生料球；
D、將步驟C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小時；
E、將步驟D中烘干后的生料球，置于高溫爐中從室溫以120°C/h升至300°C，加熱2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙燒30min，自然冷卻至室溫，得到硫鐵礦焙燒渣基粒子電極材料。
[0022]取上述實施例中制備的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到96%。
[0023]實施例五:
A、硫鐵礦焙燒渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、聚乙烯醇(PVA)和ZnO按照55%: 15%:20%: 10%的重量百分比，混合并攪拌均勻，擠壓成生料球； D、將步驟C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小時；
E、將步驟D中烘干后的生料球，置于高溫爐中從室溫以120°C/h升至300°C，加熱2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙燒30min，自然冷卻至室溫，得到硫鐵礦焙燒渣基粒子電極材料。
[0024]取上述實施例中制備的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到96%。
[0025]實施例六:
A、硫鐵礦焙燒渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和ZnO按照55%: 15%:20%: 10%的重量百分比，混合并攪拌均勻，擠壓成生料球；
D、將步驟C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小時；
E、將步驟D中烘干后的生料球，置于高溫爐中從室溫以120°C/h升至300°C，加熱2h，然后以60°C/h升至550°C，活化20min，再以300°C/h升至1050°C焙燒30min，自然冷卻至室溫，得到硫鐵礦焙燒渣基粒子電極材料。
[0026]取上述實施例中制備的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到97%。
[0027]實施例七:
A、硫鐵礦焙燒渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、聚苯乙烯和ZnO按照55%: 10%: 15%:20%的重量百分比，混合并攪拌均勻，擠壓成生料球；
D、將步驟C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小時；
E、將步驟D中烘干后的生料球，置于高溫爐中從室溫以120°C/h升至300°C，加熱2h，然后以60°C /h升至550°C，活化20min，再以300°C /h升至1050°C焙燒30min，自然冷卻至室溫，得到硫鐵礦焙燒渣基粒子電極材料。
[0028]取上述實施例中制備的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到94%。
【權利要求】
1.一種硫鐵礦焙燒渣基粒子電極，其特征在于:按照重量百分比計，包括干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒50-60%、干燥細頁巖10-20%、成孔劑10-20%、活化劑10_20%。
2.如權利要求1所述的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極，其特征在于:成孔劑可以是炭粉、鋸末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚苯乙烯顆粒中的一種。
3.如權利要求1所述的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極，其特征在于:活化劑可以是Fe304、Fe2O3、MnO2、ZnO 中的一種。
4.一種硫鐵礦焙燒渣基粒子電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A、硫鐵礦焙燒渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒； B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖； C、將步驟A中的干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、成孔劑和活化劑按照一定的重量百分比，混合并攪拌均勻，擠壓成生料球； D、將步驟C中的生料球在烘箱中120°C下烘24小時； E、將步驟D中烘干后的生料球，置于高溫爐中從室溫以120°C/h升至300°C，加熱2h，然后以 60°C /h 升至 550°C，活化 10-30min,再以 300°C /h 升至 1050°C焙燒 10_30min，自然冷卻至室溫，得到硫鐵礦焙燒渣基粒子電極材料。
5.如權利要求4所述的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極的制備方法，其特征在于:按照重量百分比計，干燥細硫鐵礦焙燒渣顆粒占50-60%、干燥細頁巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%。
6.如權利要求4所述的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極的制備方法，其特征在于:所述成孔劑可以是炭粉、鋸末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚苯乙烯顆粒中的一種。
7.如權利要求4所述的硫鐵礦焙燒渣基粒子電極的制備方法，其特征在于:所述活化劑可以是 Fe3O4、Fe2O3、MnO2、ZnO 中的一種。
【文檔編號】C02F101/30GK104276843SQ201310275587
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月3日 優(yōu)先權日:2013年7月3日
【發(fā)明者】馮巖, 柳宗亮, 馮升, 范麗莎, 于衍真, 譚娟 申請人:濟南大學