一種污水污泥處理用耐蝕導(dǎo)電陶瓷電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水、污泥處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污水污泥處理用耐蝕導(dǎo)電陶瓷電極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污水處理率呈逐年上升的態(tài)勢，隨之而引發(fā)的污泥處置問題，已經(jīng)成為各地政府、眾多專家的頭疼之事。治理工業(yè)污水和城市生活污水所產(chǎn)生的副產(chǎn)品是粘稠的污泥，此類污泥含水量高，不易堆積，難于集中存放、運(yùn)輸，也不便于后期資源化利用。由于污泥中含有各種污染物，若不進(jìn)行無害化處理、處置，直接投放環(huán)境中，將對環(huán)境造成污染。隨著各地污水處理廠的大量建設(shè)和運(yùn)行，污泥的產(chǎn)生量也大大增大，污泥處理和處置已經(jīng)引起越來越多人的關(guān)注，許多地方已將污泥處理、處置列入議事日程。
[0003]為了達(dá)到政府關(guān)于污泥減量化、資源化，無害化的處理要求，工程中通常采用物理方式脫水處理，以得到一定干度的污泥餅。但僅靠機(jī)械壓榨方式處理的污泥餅含水量仍高達(dá)80%左右，究其原因是在常規(guī)壓榨力下不能將污泥中的結(jié)合細(xì)胞水壓榨處理，因此物理壓榨處理后的污泥餅含水率高，除體積大、減量少外，也增加了后期無害化處置的工作成本。
[0004]目前，實(shí)現(xiàn)高干脫水的方法有三種:熱干燥法、化學(xué)調(diào)理板框壓濾法、電滲透法。熱干燥法的成本是后兩者的2-3倍，所以難于應(yīng)用。后兩者的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下:
(I)化學(xué)調(diào)理板框壓濾法，利用板框壓濾機(jī)加生石灰，有機(jī)絮凝劑等物質(zhì)可以將污泥脫水至60%以下，但導(dǎo)致固含量增加、后續(xù)處理困難、造成二次污染，且與現(xiàn)有的污泥脫水裝置不配套。
[0005](2)電滲透法，可以將含水率85%_75%的污泥脫水至60%以下。若污泥含水率從80%降至60%，則污泥重量和體積均減少一半;還可以減少污泥從污水廠到處置場的運(yùn)費(fèi)。該工藝脫水速度快，一般在5-15分鐘內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)污泥量減半，泥餅含水率脫至60%以下的要求。
[0006]基于環(huán)保和效率等諸多因素的考慮，目前污水、污泥處理先進(jìn)的工藝技術(shù)正在為各國相關(guān)企業(yè)重視，但是，現(xiàn)在此類設(shè)備中所用到的電極材料通常采用常規(guī)的金屬類或金屬涂層類，在污水、污泥處理過程中，由于電化學(xué)反應(yīng)，電極附近物料具有很強(qiáng)的腐蝕性，金屬電極材料很難在惡劣環(huán)境下有效工作，其耐腐蝕，耐磨損性能差，電化學(xué)性能不足，平均使用壽命不足1000小時(shí)，造成設(shè)備運(yùn)行成本增加，技術(shù)難以快速推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種污水污泥處理用耐蝕導(dǎo)電陶瓷電極材料，針對污水、污泥處理環(huán)境的實(shí)際工況，主要以碳(C)為骨料，包括人造石墨、石墨化中間相碳微球，增強(qiáng)粘結(jié)劑石墨化碳纖維和E-44環(huán)氧樹脂，加入電極性能強(qiáng)的Ti4O7功能助劑，同時(shí)可添加TiB2、Ti02、TiC、B203、Si02、SiC中一種或幾種陶瓷耐磨耐蝕組分，加入混合溶劑充分混合均勻后，固化，模壓成型，高溫?zé)Y(jié)制得，既具有傳統(tǒng)陶瓷的耐磨、耐蝕特性，又具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和電化學(xué)性能，使用壽命高達(dá)3500小時(shí)以上。
[0008]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種污水污泥處理用耐蝕導(dǎo)電陶瓷電極材料，該電極材料包括以下質(zhì)量百分比組分混合后，固化、燒結(jié)而成，
粒徑為60?150μηι的人造石墨45?70%;
粒徑為10?15μηι的石墨化中間相碳微球5?10%;
石墨化碳纖維5?8mm3?6%;
E-44環(huán)氧樹脂I?3%;
粒徑為I?3μπι的??4Ο7粉末10?15%;
粒徑為3?ΙΟμπι的TiB2粉末O?15%;
粒徑為20?30μπι的B2O3粉末O?2%;
粒徑為2?5μπι的T12粉末O?3%;
粒徑為2?5mm的TiC顆粒O?15%;
粒徑為20?30μπι的S12粉末O?5%;
粒徑為2?5μπι的SiC粉末O?8%;
混合溶劑以上原料質(zhì)量總量的1/4。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述混合溶劑由乙酸丁酯、無水乙醇按體積比2:1配制
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[0010]本發(fā)明還提供一種污水污泥處理用耐蝕導(dǎo)電陶瓷電極材料制備方法，包括以下步驟:
1)按權(quán)利要求1所述的原料配比，將所有原料加入捏合機(jī)混合攪拌3-6h，得到所需漿料；
2)將步驟I)制得的漿料置于模壓成型機(jī)模具內(nèi)，垂直壓制，壓力2-5MPa，保壓時(shí)間2-5min；
3)將步驟2)處理完成的生坯常溫固化5-8h;
4)將步驟3)得到的坯料置于燒結(jié)爐中，填埋石墨粉，然后在惰性氣體氣氛中進(jìn)行炭化燒結(jié)，炭化燒結(jié)溫度為1200-1450°C，炭化燒結(jié)時(shí)間為36h-48h，最終得到耐蝕導(dǎo)電陶瓷電極材料。
[0011 ]本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述的惰性氣體為高純Ar，純度為99.999%。
[0012]本發(fā)明組份中功能助劑效果:
1.Ti407(亞氧化鈦)
亞氧化鈦的突出物理性能是在室溫下具有很好的導(dǎo)電性能，尤其是其中的Ti4O7相，其單晶導(dǎo)電率可達(dá)1500s/cm，幾乎具有金屬的導(dǎo)電性。亞氧化鈦的比重較小，有利于產(chǎn)品的輕量化，提高比能。耐磨損性很強(qiáng)，抗沖刷，電極尺寸穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，可加工。亞氧化鈦沒有磁性，不易團(tuán)聚，在水中的分散性很好，作為導(dǎo)電添加劑時(shí)，便于與其他電池活性物均勻混合，有利于電流的均勻分布。亞氧化鈦與有機(jī)聚合物的相容性很高，可以與各種塑料混合成型，以克服陶瓷材料韌性差的確定，便于做成柔性好的各種形狀的電極。
[0013]亞氧化鈦具有特別優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性和抗腐蝕能力，在鉛酸強(qiáng)堿環(huán)境下都非常穩(wěn)定，超過絕大多數(shù)工業(yè)常用的電極材料，包括其母體鈦金屬。由于電解液中含有氟離子等強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，常用陽極很易惡化，而亞氧化鈦電極析氧過電位高，耐腐蝕性強(qiáng)，抗磨損，電極尺寸穩(wěn)定。在能腐蝕鈦金屬的一些強(qiáng)蝕刻液(包括氟化物，鹽酸等)中穩(wěn)定，如40%的硫酸或草酸能嚴(yán)重腐蝕鈦金屬，但是亞氧化鈦卻幾乎是惰性的。
[0014]既可作為正極，也可作為負(fù)極進(jìn)行析氫析氧反應(yīng)，并且析氫析氧過電位都很高。作為電極支撐材料，可以電鍍，化學(xué)沉積或涂敷各種金屬氧化物或貴金屬催化劑，并且與這些催化劑的化學(xué)結(jié)合性很好，催化活性幾乎不變，效果好。
[0015]由于亞氧化鈦電極的析氧電勢高，有利于陽極氧化，可廣泛應(yīng)用于電催化降解有機(jī)污染物和垃圾滲濾液，電催化處理苯酚廢水，印染廢水處理，油田廢水處理，醫(yī)院污水處理以及電解海水制氫，海水淡化，電解水消毒和臭氧的制造。
[0016]由于亞氧化鈦具有獨(dú)特的電化學(xué)性能，在以往的導(dǎo)電陶瓷領(lǐng)域未見有使用，本發(fā)明中添加亞氧化鈦，大大提高了導(dǎo)電陶瓷的電化學(xué)性能，而且首次成功的應(yīng)用在了污水、污泥處理用電極材料領(lǐng)域。
[0017]2.TiB2( 二硼化鈦)
二硼化鈦粉末是灰色或灰黑色的，具有六方(A1B2)的晶體結(jié)構(gòu)，有很高的硬度。二硼化鈦在空氣中抗氧化溫度可達(dá)1000°C，在HCl和HF酸中穩(wěn)定。二硼化鈦主要用于制備復(fù)合陶瓷制品。由于其可抗恪融金屬的腐蝕。熱膨脹系數(shù)8.1 X 10-6m/m.k，導(dǎo)熱系數(shù)25J/m.s.k，優(yōu)良的導(dǎo)電性能，電阻率0.14μΩ.m。在陶瓷材料中加入二硼化鈦，可顯著提高陶瓷材料的導(dǎo)電性和耐腐蝕性能。
[0018]3.B2O3 (三氧化二硼)
三氧化二硼又稱氧化硼，是硼最主要的氧化物。它是一種無色玻璃狀固體，一般以無定形的狀態(tài)存在，加熱至600°C時(shí)，可變成黏性很大的液體。因此在導(dǎo)電陶瓷材料的燒結(jié)時(shí)，可有效降低材料的燒結(jié)溫度，提高陶瓷材料的致密度，是很好助燒結(jié)劑。
[0019]4.TiC(碳化鈦)
TiC淺灰色，立方晶系，不溶于水，具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，與鹽酸、硫酸幾乎不起化學(xué)反應(yīng)，可由炭與二氧化鈦在電爐中加熱制得。是硬質(zhì)合金的重要成分，用作金屬陶瓷，具有高硬度、耐腐蝕、熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，還可用來制造切削工具。碳化鈦是典型的過渡金屬碳化物。它的鍵型是由離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵混合在同一晶體結(jié)構(gòu)中，因此碳化鈦具有許多獨(dú)特的性能。晶體的結(jié)構(gòu)決定了碳化鈦具有高硬度、高熔點(diǎn)、耐磨損以及導(dǎo)電性等基本特征。
[0020]5.Ti02( 二氧化鈦)
二氧