原位碳熱還原合成鐵碳內(nèi)電解填料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電解填料制備領(lǐng)域，特別是涉及一種原位碳熱還原合成鐵碳內(nèi)電解填 料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵碳微電解反應(yīng)技術(shù)是目前處理難降解有機廢水的一種理想工藝，主要利用規(guī)整 型高效電化學(xué)催化氧化鐵碳內(nèi)電解填料，對有機廢水中的有機物進行電解處理，實現(xiàn)降解 有機污染物的目的。目前，已公開鐵碳內(nèi)電解填料多以鐵單質(zhì)和碳材料為活性組分，通過粘 合、燒結(jié)等方法制備。中國專利CN101423313B"熒光增白劑生產(chǎn)廢水的處理工藝"公開了以 機械混合的鐵肩、活性炭為活性組分的鐵炭填料用于有機廢水的處理，該填料中鐵炭物種 很難形成均勻的微電解池，連續(xù)廢水處理時鐵炭物料流流失大，容易板結(jié)，不利于工業(yè)廢水 的大規(guī)模處理應(yīng)用，且鐵碳還原處理后C0D的去除率為40-50%。中國專利CN100540477C"一 種用于處理廢水的高含碳金屬化球團及制備方法"公開了一種高碳含量的鐵碳材料制備技 術(shù)，制得的球團易流化，對污染物吸附能力強，但是其對C0D去除率為50%，且其中添加的大 量粘結(jié)劑會影響鐵碳原電池的工作效率，形成較多的污泥，產(chǎn)生板結(jié)。中國專利 CN100566803C "一種納米鐵顆粒的分散方法"公開了一種超細納米鐵粉與活性炭經(jīng)高能磨 分散制備的納米鐵、活性炭組合物水溶液，其分散效果穩(wěn)定，滲透能力強，但是成本高，納米 鐵粉在實際應(yīng)用中很容易失活，不適合工業(yè)化廢水處理實踐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低、制備過程簡單，制得的鐵碳填料孔 隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、金屬活性組分分散性高、處理廢水能力強的鐵碳填料制備方法。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] 本發(fā)明原位碳熱還原合成鐵碳內(nèi)電解填料的方法，包括以下步驟：
[0006] (1)氧化改性:將煤瀝青分散到芬頓試劑中，煤瀝青與芬頓試劑的質(zhì)量比為1:(5-100)，在溫度150-250°C下水熱反應(yīng)3-12h后，加入活性調(diào)節(jié)劑，在溫度150-200°C下水熱反 應(yīng)3-10h，然后離心分離，于120-150°C干燥4-6h;
[0007] (2)原位還原:將步驟(1)得到的改性物質(zhì)于500-1200°C下焙燒2-8h。
[0008] 本發(fā)明原位碳熱還原合成鐵碳內(nèi)電解填料的方法，進一步的，步驟(1)中所述芬頓 試劑的pH值為3-4,芬頓試劑中的亞鐵鹽與過氧化氫的質(zhì)量比為1: (3-10)。
[0009] 本發(fā)明原位碳熱還原合成鐵碳內(nèi)電解填料的方法，進一步的，所述亞鐵鹽為硫酸 亞鐵、硫酸亞鐵銨和氯化亞鐵中的一種或幾種。
[0010] 本發(fā)明原位碳熱還原合成鐵碳內(nèi)電解填料的方法，進一步的，步驟(1)中所述活性 調(diào)節(jié)劑為過渡區(qū)元素的鹽。
[0011] 本發(fā)明原位碳熱還原合成鐵碳內(nèi)電解填料的方法，進一步的，所述過渡區(qū)元素的 鹽為銅、錳、鈷、鎳、鈮和鈰中的一種或幾種金屬的硝酸鹽。
[0012] 本發(fā)明原位碳熱還原合成鐵碳內(nèi)電解填料的方法，進一步的，步驟(1)中的活性調(diào) 節(jié)劑加入量為煤瀝青與芬頓試劑總量的〇. 1-5% (質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。
[0013] 本發(fā)明煤瀝青原位水熱芬頓氧化、碳熱還原合成鐵碳內(nèi)電解填料，具有孔架織構(gòu)， 比重為1.3-1.5"1113，比表面積1.35-1.54111 2/^，孔隙率72-83%以上。
[0014] 本發(fā)明原位碳熱還原合成鐵碳內(nèi)電解填料的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益 效果：
[0015] (1)本發(fā)明選擇煤瀝青為碳源，采用經(jīng)焙燒處理的瀝青碳材料為碳源制備鐵碳填 料，解決了鐵碳填料坍塌，板結(jié)、污泥產(chǎn)生多易造成二次污染的弊病;在水熱條件下，利用芬 頓試劑的強氧化性促進環(huán)烴組分分子交聯(lián)或縮聚反應(yīng)，實現(xiàn)煤瀝青改性，形成含氧物種的 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，含氧官能團可以與鐵物種絡(luò)合匹配，產(chǎn)生分子水平的分散結(jié)合，實現(xiàn)鐵物種的高 度分散，分散性要遠優(yōu)于機械分散混合的效果;瀝青的交聯(lián)作用，使得填料生產(chǎn)中不需要添 加粘土等外用粘結(jié)劑，填料聚合效果更好，提高了鐵碳原電池的工作效率;此氧化改性過程 在水熱反應(yīng)釜中可一次性完成，無需對原料進行事先焙燒，也無需在高酸度條件下進行改 性活化，避免了酸性改性過程中由于鐵碳填料顆粒表面單質(zhì)鐵被刻蝕轉(zhuǎn)化為兩價鐵或三價 鐵化合物造成的填料過度消耗，也不會因長時間使用導(dǎo)致活性基團流失，凈化效率降低；
[0016] (2)本發(fā)明的改性煤瀝青中含有大量碳，在高熱條件下，鐵催化碳物種發(fā)生裂解碳 化，同時部分碳被氧化生成一氧化碳，煤瀝青中高度分散的鐵物種與還原性碳及一氧化碳 發(fā)生氧化還原作用，原位生成高度分散的零價鐵，同時，反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳等氧化物則溢 出煤瀝青反應(yīng)物基體，形成原位孔腔，多孔織構(gòu)生成，形成固定孔架織構(gòu)，從而制備出多孔 鐵碳填料，孔隙率可達72-83%，表面積可達1.35-1.54m 2/g;孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達，有利于分散活 性金屬，有助于廢水處理過程中有機物料傳質(zhì)和反應(yīng)熱傳遞，充分發(fā)揮活性組分的作用，在 保證廢水高效催化降解的前提下，減少了金屬活性組分的使用量，有利于降低成本；
[0017] (3)本發(fā)明的鐵炭填料以鐵鹽和煤基瀝青作為活性組分，通過添加少量活性調(diào)節(jié) 劑等金屬組分，促進了煤瀝青的碳材料化，同時利用不同金屬與廢水中有機物絡(luò)合作用的 差異，實現(xiàn)對不同有機物組成廢水的針對性降解處理，具有金屬活性組分分散性好、成本 低，高活性、高選擇性、污泥產(chǎn)生少、高效率的優(yōu)點；
[0018] (4)本發(fā)明同時實現(xiàn)了金屬鹽催化煤瀝青碳材料化和碳熱還原鐵鹽反應(yīng)形成高分 散單質(zhì)鐵兩個反應(yīng)，反應(yīng)過程易操作，可直接用于處理污水原水，其對于污水中C0D的去除 率高達89%，可廣泛應(yīng)用于制藥、化工、染料等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廢水的處理。
【具體實施方式】
[0019] 實施例1
[0020] 稱取50g的煤基瀝青，分散到2kg芬頓試劑中，芬頓試劑pH值為3.2，芬頓試劑中的 過氧化氫與氯化亞鐵的質(zhì)量比為5:1，然后置于水熱反應(yīng)爸中，在150°C下水熱反應(yīng)6h后，加 入活性調(diào)節(jié)劑20.5g硝酸銅溶液，繼續(xù)在溫度180°C，水熱反應(yīng)8h，然后離心分離，于120°C干 燥6h;然后，置于馬弗爐中，于720°C焙燒6h后制得鐵碳內(nèi)電解填料A，其比重為1.37t/m 3,比 表面積1.37m2/g，孔隙率77%。
[0021] 實施例2
[0022]稱取50g的煤基瀝青，分散到4kg芬頓試劑中，芬頓試劑pH值為3.5，芬頓試劑中的 過氧化氫與硫酸亞鐵的質(zhì)量比為3:1，然后置于水熱反應(yīng)爸中，在200°C下水熱反應(yīng)3h后，加 入活性調(diào)節(jié)劑40.5g硝酸鈷和40.5g的硝酸鈰，繼續(xù)在溫度200°C，水熱反應(yīng)5h，然后離心分 離，于150°C干燥4h;然后，置于馬弗爐中，于900°C焙燒4h后制得鐵碳內(nèi)電解填料B，其比重 為1.5t/m 3,比表面積1.54m2/g，孔隙率83%。
[0023] 實施例3
[0024]稱取50g的煤基瀝青，分散到500g芬頓試劑中，芬頓試劑pH值為3.0，芬頓試劑中的 過氧化氫與硫酸亞鐵的質(zhì)量比為8:1，然后置于水熱反應(yīng)爸中，在250°C下水熱反應(yīng)8h后，加 入活性調(diào)節(jié)劑〇. 55g硝酸錳和0.55g的硝酸銅，繼續(xù)在溫度150°C，水熱反應(yīng)3h，然后