一種瓦斯泥基粒子電極及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種三維電極反應(yīng)器的瓦斯泥基粒子電極及其制備方法：由瓦斯泥、頁(yè)巖、成孔劑、活化劑組成，按重量百分比計(jì)，干燥細(xì)瓦斯泥顆粒為50-60%、干燥細(xì)頁(yè)巖為10-20%、成孔劑為10-20%、活化劑為10-20%。本發(fā)明制備的粒子電極多孔，具有很大的比表面積、很強(qiáng)的吸附性能、良好的導(dǎo)電性能和催化性能，是一種新型高效的粒子電極。本發(fā)明提供的一種瓦斯泥基粒子電極及其制備方法，充分利用工業(yè)廢棄物——瓦斯泥，既可以變廢為寶，又可以減少環(huán)境的污染、解決土地占用等問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種瓦斯泥基粒子電極及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于處理城市污水中難降解有機(jī)物的瓦斯泥基粒子電極及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]三維電極是一種新型的高級(jí)氧化方法，其反應(yīng)區(qū)域不再局限于電極的簡(jiǎn)單幾何表面上，而是在整個(gè)床層的三維空間表面上進(jìn)行，尤其適用于降解反應(yīng)速率低或系統(tǒng)中極限電流密度小的反應(yīng)體系。三維電極的工作機(jī)理在于復(fù)極性床(沒(méi)有隔膜)主要通過(guò)主電極間的電場(chǎng)使工作電極粒子(高阻抗)因靜電感應(yīng)而分別帶上正負(fù)電荷，使每一個(gè)粒子成為一個(gè)獨(dú)立的電極，電化學(xué)氧化和還原反應(yīng)可在每一個(gè)電極粒子表面同時(shí)進(jìn)行，縮短了傳質(zhì)距離。粒子電極的性能顯著影響三維電極反應(yīng)器的處理效果，常用的幾種粒子電極包括活性炭、金屬氧化物以及負(fù)載的金屬或金屬氧化物。
[0003]瓦斯泥(灰)是在煉鐵過(guò)程中隨著高爐煤氣攜帶出的原料的粉塵以及在高溫區(qū)通過(guò)激烈反應(yīng)而生成的顆粒經(jīng)濕式或干式除塵而得到的物質(zhì)，它的主要成分是氧化鐵和碳。這些物質(zhì)恰恰也是粒子電極制備的有效成分。
[0004]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)金屬材料的需求量不斷增大，急劇膨脹的需求引起了環(huán)境、資源和能源的各種問(wèn)題，因此對(duì)金屬二次資源進(jìn)行循環(huán)利用，成為解決發(fā)展問(wèn)題的有效途徑。利用煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物-瓦斯泥中的這些可利用物質(zhì)來(lái)合成高效、環(huán)保的粒子電極，用于處理城市污水，可使瓦斯泥得到有效利用，從而達(dá)到“以廢治廢”的目的，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是以瓦斯泥為基質(zhì)，提供一種瓦斯泥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(yīng)器的工作電極，可有效降解城市污水中的有機(jī)物，且電流效率高，能耗低。
[0006]一種瓦斯泥基粒子電極，按照重量百分比計(jì)，干燥細(xì)瓦斯泥顆粒占50-60%、干燥細(xì)頁(yè)巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%。
[0007]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。
[0008]所述活化劑可以是Fe304、Fe203、Mn02、ZnO中的一種。
[0009]所述瓦斯泥是在煉鐵過(guò)程中隨著高爐煤氣攜帶出的原料的粉塵以及在高溫區(qū)通過(guò)激烈反應(yīng)而生成的顆粒經(jīng)濕式或干式除塵而得到的物質(zhì)，它的主要成分是氧化鐵和碳，是一種工業(yè)廢棄物。
[0010]上述瓦斯泥基粒子電極的制備方法，包括如下步驟:
A、瓦斯泥顆粒于球磨機(jī)中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質(zhì))，于烘箱內(nèi)120°C下烘干，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)瓦斯泥顆粒備用； B、頁(yè)巖放于烘箱內(nèi)120°C烘干，將烘干的頁(yè)巖在研缽中粉碎，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)瓦斯泥顆粒、步驟B中的干燥細(xì)頁(yè)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(shí)；
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，得到瓦斯泥基粒子電極材料。
[0011]按照重量百分比計(jì)，干燥細(xì)瓦斯泥顆粒占50-60%、干燥細(xì)頁(yè)巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%。
[0012]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。
[0013]所述活化劑可以是Fe304、Fe203、Mn02、ZnO中的一種。
[0014]通過(guò)上述制備方法制備的瓦斯泥基粒子電極，取固體廢棄物瓦斯泥為原料。瓦斯泥中含有多種元素物質(zhì)，其中主要是氧化鐵和碳，這些物質(zhì)恰恰也是粒子電極制備的有效成分。瓦斯泥基粒子電極顆粒表面粗燥，對(duì)廢水中的污染物質(zhì)具有較好的吸附、去除作用，而且拜耳法煉鋁過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物瓦斯泥，其堆放不僅需要資金和大面積堆場(chǎng)，而且污染環(huán)境。利用瓦斯泥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(wèn)題。
[0015]本發(fā)明提供的瓦斯泥基粒子電極及其制備方法，符合當(dāng)前國(guó)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(qiáng)的吸附性能、良好的導(dǎo)電性和催化性能是一種新型高效的粒子電極。
[0016]以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例一:
A、瓦斯泥顆粒于球磨機(jī)中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質(zhì))，于烘箱內(nèi)120°C下烘干，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)瓦斯泥顆粒備用；
B、頁(yè)巖放于烘箱內(nèi)120°C烘干，將烘干的頁(yè)巖在研缽中粉碎，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)瓦斯泥顆粒、步驟B中的干燥細(xì)頁(yè)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(shí)；
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，得到瓦斯泥基粒子電極材料。
[0018]取上述實(shí)施例中制備的瓦斯泥基粒子電極5.0g，填充于反應(yīng)器中，制得三維電極反應(yīng)器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時(shí)，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達(dá)到95%。
[0019]實(shí)施例二:
A、瓦斯泥顆粒于球磨機(jī)中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質(zhì))，于烘箱內(nèi)120°C下烘干，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)瓦斯泥顆粒備用；
B、頁(yè)巖放于烘箱內(nèi)120°C烘干，將烘干的頁(yè)巖在研缽中粉碎，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)瓦斯泥顆粒、步驟B中的干燥細(xì)頁(yè)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(shí)；
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，得到瓦斯泥基粒子電極材料。
[0020]取上述實(shí)施例中制備的瓦斯泥基粒子電極5.0g，填充于反應(yīng)器中，制得三維電極反應(yīng)器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時(shí)，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達(dá)到94%。
[0021]實(shí)施例三:
A、瓦斯泥顆粒于球磨機(jī)中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質(zhì))，于烘箱內(nèi)120°C下烘干，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)瓦斯泥顆粒備用；
B、頁(yè)巖放于烘箱內(nèi)120°C烘干，將烘干的頁(yè)巖在研缽中粉碎，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)瓦斯泥顆粒、步驟B中的干燥細(xì)頁(yè)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(shí)；
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，得到瓦斯泥基粒子電極材料。
[0022]取上述實(shí)施例中制備的瓦斯泥基粒子電極5.0g，填充于反應(yīng)器中，制得三維電極反應(yīng)器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時(shí)，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達(dá)到94%。
[0023]實(shí)施例四:
A、瓦斯泥顆粒于球磨機(jī)中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質(zhì))，于烘箱內(nèi)120°C下烘干，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)瓦斯泥顆粒備用；
B、頁(yè)巖放于烘箱內(nèi)120°C烘干，將烘干的頁(yè)巖在研缽中粉碎，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)瓦斯泥顆粒、步驟B中的干燥細(xì)頁(yè)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(shí)；
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，得到瓦斯泥基粒子電極材料。
[0024]取上述實(shí)施例中制備的瓦斯泥基粒子電極5.0g，填充于反應(yīng)器中，制得三維電極反應(yīng)器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時(shí)，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達(dá)到96%。
[0025]實(shí)施例五:
A、瓦斯泥顆粒于球磨機(jī)中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質(zhì))，于烘箱內(nèi)120°C下烘干，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)瓦斯泥顆粒備用；
B、頁(yè)巖放于烘箱內(nèi)120°C烘干，將烘干的頁(yè)巖在研缽中粉碎，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)瓦斯泥顆粒、步驟B中的干燥細(xì)頁(yè)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(shí)；
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，得到瓦斯泥基粒子電極材料。
[0026]取上述實(shí)施例中制備的瓦斯泥基粒子電極5.0g，填充于反應(yīng)器中，制得三維電極反應(yīng)器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時(shí)，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達(dá)到96%。
[0027]實(shí)施例六:
A、瓦斯泥顆粒于球磨機(jī)中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質(zhì))，于烘箱內(nèi)120°C下烘干，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)瓦斯泥顆粒備用；
B、頁(yè)巖放于烘箱內(nèi)120°C烘干，將烘干的頁(yè)巖在研缽中粉碎，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)瓦斯泥顆粒、步驟B中的干燥細(xì)頁(yè)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(shí)；
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，得到瓦斯泥基粒子電極材料。
[0028]取上述實(shí)施例中制備的瓦斯泥基粒子電極5.0g，填充于反應(yīng)器中，制得三維電極反應(yīng)器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時(shí)，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達(dá)到97%。
[0029]實(shí)施例七:
A、瓦斯泥顆粒于球磨機(jī)中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質(zhì))，于烘箱內(nèi)120°C下烘干，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)瓦斯泥顆粒備用；
B、頁(yè)巖放于烘箱內(nèi)120°C烘干，將烘干的頁(yè)巖在研缽中粉碎，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)瓦斯泥顆粒、步驟B中的干燥細(xì)頁(yè)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(shí)； 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，得到瓦斯泥基粒子電極材料。
[0030]取上述實(shí)施例中制備的瓦斯泥基粒子電極5.0g，填充于反應(yīng)器中，制得三維電極反應(yīng)器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時(shí)，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達(dá)到94%。
【權(quán)利要求】
1.一種瓦斯泥基粒子電極，其特征在于:按照重量百分比計(jì)，包括干燥細(xì)瓦斯泥顆粒50-60%、干燥細(xì)頁(yè)巖10-20%、成孔劑10-20%、活化劑10_20%。
2.如權(quán)利要求1所述的瓦斯泥基粒子電極，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(quán)利要求1所述的瓦斯泥基粒子電極，其特征在于:活化劑可以是Fe3CVFe2O3^MnO2、ZnO 中的一種。
4.一種瓦斯泥基粒子電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A、瓦斯泥顆粒于球磨機(jī)中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質(zhì))，于烘箱內(nèi)120°C下烘干，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)瓦斯泥顆粒； B、頁(yè)巖放于烘箱內(nèi)120°C烘干，將烘干的頁(yè)巖在研缽中粉碎，然后過(guò)60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖； C、將步驟A中的干燥細(xì)瓦斯泥顆粒、步驟B中的干燥細(xì)頁(yè)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(shí)； 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，得到瓦斯泥基粒子電極材料。
5.如權(quán)利要求4所述的瓦斯泥基粒子電極的制備方法，其特征在于:按照重量百分比計(jì)，干燥細(xì)瓦斯泥顆粒占50-60%、干燥細(xì)頁(yè)巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%ο
6.如權(quán)利要求4所述的瓦斯泥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(quán)利要求4所述的瓦斯泥基粒子電極的制備方法，其特征在于:所述活化劑可以是 Fe304、Fe203、Mn02、ZnO 中的一種。
【文檔編號(hào)】C02F1/461GK104276845SQ201310275597
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月3日
【發(fā)明者】馮巖, 王娟婷, 譚娟, 胡栗, 于衍真, 柳宗亮 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)