1.本發(fā)明屬于污水處理降解材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫活化法制備催化氧化鐵碳微電解填料的方法。

背景技術(shù)：

2.鐵碳微電解法主要作用是利用新生態(tài)強(qiáng)還原性物質(zhì)，在反應(yīng)池中進(jìn)行還原反應(yīng)、吸附、絮凝、絡(luò)合及電沉積等方法來去除有機(jī)物氧化基團(tuán)。另外,在電池反應(yīng)的產(chǎn)物中，亞鐵離子和鐵離子也可能與廢水中部分無機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)，從而生成沉淀物并通過過濾將其除去。

3.由于鐵碳微電解法具有良好的效益與處理廢水能力，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)處理與改良，并在多個(gè)廢水處理行業(yè)廣泛使用，現(xiàn)如今已成功應(yīng)用于企業(yè)大規(guī)模廢水處理中。

4.傳統(tǒng)處理劑的原料基本使用的都是廢鐵屑或者刨花，即鑄鐵處理過程中產(chǎn)生的毛坯料。將原料、粘結(jié)劑等在一定溫度下烘干干燥處理后粉碎成一定粒度，并按照一定比例混合均勻。其中主要活性成分為鐵元素，并含有微量的碳、硅、錳等成分。雖然成本較低，但其中鐵屑的雜質(zhì)含量有限，微電解產(chǎn)生的原電池?cái)?shù)量也就比較少，通過的電流密度與傳遞效率較低。而且，處理時(shí)大多使用鐵碳固定床工藝，容易出現(xiàn)鐵屑鈍化、結(jié)塊和溝流現(xiàn)象；為了解決此問題，隨之出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)鐵碳床，進(jìn)行攪拌、滾動(dòng)及流化等工藝，此類工藝雖然加入了攪拌設(shè)施，對(duì)板結(jié)現(xiàn)象起到了一定遏制作用，但沒有從根源上克服板結(jié)條件，而且設(shè)備占地面積大，維護(hù)成本高，最終會(huì)導(dǎo)致電機(jī)功率不夠使設(shè)備不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5.現(xiàn)有技術(shù)中，也報(bào)道了一些鐵碳微電解填料，但是其制備方法大多是以還原鐵粉作為原料，在非氧的保護(hù)氣氛或者真空氣氛下，與碳粉等燒結(jié)制得。如cn 112875810 a公開了一種多元微電解填料，主要由以下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的材料制備而成：還原性鐵粉10?40％、石墨粉18?25％、膨潤(rùn)土30?50％、碳酸氫銨1?2％、催化劑14?48％；所述催化劑包括鋁粉10?
40％、銅粉1?2％、鎳粉1?2％、硅粉1?2％、錳粉1?2％；所述的多元微電解填料的制備方法，包括如下步驟：步驟一：將制備多元微電解填料的材料加水混合均勻放入填料成型機(jī)中成型；步驟二：將成型后的填料置于真空干燥箱中進(jìn)行干燥；步驟三：將干燥后的填料在高溫下進(jìn)行真空燒結(jié)，冷卻備用。但是這類鐵碳微電解填料由于使用了還原鐵粉，價(jià)格昂貴，而且制備過程中需要非氧環(huán)境，相對(duì)工藝和設(shè)備均較復(fù)雜，整體制備成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

6.本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種經(jīng)過高溫活化形成的催化氧化鐵碳微電解填料。本發(fā)明采用高溫活化燒結(jié)法，燒結(jié)過程無需在無氧或加保護(hù)氣氛狀態(tài)，產(chǎn)品強(qiáng)度更高，催化氧化性能好，污水處理效果更佳。

7.本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：

8.一種高溫活化法催化氧化鐵碳微電解填料的制備方法，包括如下步驟：

9.a.將原料按重量百分比混合球磨均勻，得到原料粉末；各原料的重量百分比如下：氧化鐵皮65％～70％，焦炭粉20％～25％，膨潤(rùn)土4％～6％，催化劑2～4％；其中，催化劑包括氧化鋁粉、二氧化錳粉、粉狀活性炭等；

10.b.將原料粉末加少量水混合均勻，利用對(duì)輥機(jī)壓制成球團(tuán)；

11.c.將球團(tuán)放入恒溫干燥箱干燥后，裝入坩堝罐中利用碳粉覆蓋完全，在高溫電阻爐內(nèi)包進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，冷卻至室溫后去除包敷的碳粉，得到催化氧化鐵碳微電解填料。

12.按上述方案，氧化鐵皮的主要成分是fe2o3、fe3o4、feo。其中，氧化鐵皮最外層為fe2o3，約占氧化鐵皮厚度10％(質(zhì)量百分比)，阻止氧化作用；中間為fe3o4，約50％(質(zhì)量百分比)，最里面與鐵相接觸為feo，約40％(質(zhì)量百分比)。

13.進(jìn)一步地，步驟a中，原料在球磨機(jī)球磨若干小時(shí)，得到350

?

500目的原料粉末。

14.按上述方案，所述焦炭粉的固定碳含量為80％～88％(質(zhì)量百分比)。

15.按上述方案，所述催化劑由氧化鋁粉、二氧化錳粉、粉狀活性炭按質(zhì)量比1：1：(0.75～1)組成。

16.進(jìn)一步地，步驟b中，水的質(zhì)量占原料粉末的6％～8％。

17.進(jìn)一步地，步驟b中，球團(tuán)的直徑為3～5cm。

18.進(jìn)一步地，步驟b中，包敷碳粉占球團(tuán)的質(zhì)量百分比為10％

?

30％。

19.進(jìn)一步地，步驟c中，干燥溫度為100

?

120℃，干燥時(shí)間為2

?

6小時(shí)。

20.進(jìn)一步地，高溫?zé)Y(jié)的過程為：在高溫電阻爐內(nèi)升溫至1200～1350℃，保溫焙燒30min～60min。

21.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

22.本發(fā)明在制備催化氧化鐵碳微電解填料中，以鋼鐵廠固廢物氧化鐵皮為主要原料，加入一定比例的活性炭粉末等，添加粘結(jié)劑膨潤(rùn)土后通過高溫活化法，制得催化氧化鐵碳微電解填料。其中，焦炭粉對(duì)氧化鐵皮起到還原作用，將氧化鐵部分還原成鐵，不僅把鋼廠固廢化廢為寶，降低原料成本，而且通過包敷碳粉有效降低氧分壓，促進(jìn)還原活化燒結(jié)，使得燒結(jié)過程無需在無氧或加保護(hù)氣氛狀態(tài)，燒結(jié)所得產(chǎn)物強(qiáng)度更高，催化氧化性能好，污水處理效果良好。

23.另外，本發(fā)明在微電解填料中采用復(fù)合催化劑，在催化劑中添加活性炭，由于活性炭具有大的比表面積及吸附性，對(duì)廢水處理也可以提供更多的電流密度和電解效率，在酸性廢水中更能有效地去除色度和二級(jí)出水中大多數(shù)有機(jī)污染物和某些無機(jī)物，包含某些有毒的重金屬。而且，催化劑中含有氧化鋁粉、二氧化錳粉，不同的氧化物能夠相互進(jìn)入對(duì)方晶格中形成獨(dú)特的氧化還原對(duì)，促使氧空位的形成和提高氧的移動(dòng)性，提加速電子的轉(zhuǎn)移，從而提高鐵碳填料的氧化和還原能力。

附圖說明

24.圖1是通過對(duì)輥壓球機(jī)制備的生球團(tuán)；

25.圖2是高溫?zé)Y(jié)的成型的鐵碳填料；

26.圖3是高溫?zé)Y(jié)工藝后坩堝罐中的球團(tuán)；

27.圖4是實(shí)施例2填料對(duì)焦化廢水cod去除量。

具體實(shí)施方式

28.為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

29.下述實(shí)施例中，所涉及的各原料規(guī)格以及廠家如表1所示。

30.表1

[0031][0032]

下述實(shí)施例中，所制備的催化氧化鐵碳微電解填料的強(qiáng)度、孔隙率的測(cè)試方法如下：

[0033]

強(qiáng)度的測(cè)定方法：強(qiáng)度測(cè)定方法主要采用按照國(guó)標(biāo)《gb/t14201

?

93鐵礦球團(tuán)抗壓強(qiáng)度測(cè)定方法》，并應(yīng)用球團(tuán)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。主要測(cè)試鐵碳微電解球團(tuán)完全破碎時(shí)所承受的最大抗壓壓力，并選取一組樣品中的測(cè)試值的平均值。加壓裝置球團(tuán)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)其上下兩塊平板面必須平整，并兩塊平板必須是水平平行狀態(tài)，將選取出的一組完整的鐵碳微電解球團(tuán)樣品依次放置于球團(tuán)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)的兩塊平板之間，開始試驗(yàn)。并在電腦上得出一組數(shù)據(jù)取其中的平均值，即為鐵碳微電解球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度。

[0034]

孔隙率的測(cè)定方法：采用阿基米德法對(duì)材料的氣孔率進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)中采用水煮法測(cè)定鐵碳微電解球團(tuán)的空隙率。首先將樣品進(jìn)行烘干處理，揮發(fā)掉樣品中存在的水分，并用精密天平秤稱取試樣的干重，記為m1；將鐵碳微電解球團(tuán)試樣放入干燥的燒杯當(dāng)中，向燒杯當(dāng)中注入去離子水，直至試樣被完全浸沒。然后將燒杯放置于電爐上進(jìn)行加熱、沸騰，并維持兩小時(shí)的沸騰時(shí)間，使去離子水徹底侵入鐵碳微電解球團(tuán)的空隙當(dāng)中，然后停止加熱等待試樣恢復(fù)到室溫狀態(tài)，接著把試樣懸浮與水中，用天平吊鉤將試樣懸浮，稱取飽和試樣在水中的懸浮重，記為m2，將飽和試樣取出，擦去鐵碳微電解球團(tuán)試樣表面的水分，快速稱取鐵碳微電解球團(tuán)試樣的質(zhì)量，記為m3，通過公式計(jì)算出鐵碳微電解球團(tuán)的空隙率k。公式如下：k＝(m3?

m1)/(m3?

m2)。

[0035]

實(shí)施例1

[0036]

一種催化氧化鐵碳微電解填料的制備方法，具體包括如下步驟：

[0037]

1)以70％的氧化鐵皮、20％焦炭粉、6％膨潤(rùn)土制備5kg混合原料，加入混合原料總質(zhì)量4％的催化劑；其中，所述催化劑包括質(zhì)量比為1:1:1的氧化鋁粉、二氧化錳粉和粉狀活性炭；

[0038]

2)將步驟1)所得混合后球磨4h，保證物料球磨至400目，及混合均勻，然后添加配水量為總質(zhì)量的6％，壓制成5cm左右直徑的生球團(tuán)如圖1；

[0039]

3)將步驟2)所得球團(tuán)在恒溫干燥箱內(nèi)以110℃干燥4小時(shí)，裝入坩堝罐中，以碳粉

(碳粉質(zhì)量為球團(tuán)的15％)包敷球團(tuán)避免被氧化，放入高溫電阻爐中進(jìn)行1300℃燒結(jié)，保溫45min，自然冷卻至室溫后取出，去掉包敷的碳粉，得到催化氧化鐵碳微電解填料。所得催化氧化鐵碳微電解填料如圖2所示，相對(duì)于高溫?zé)Y(jié)前的球團(tuán)直徑縮小，但表面完整，金屬化率及抗壓強(qiáng)度極高。

[0040]

所得催化氧化鐵碳微電解填料經(jīng)元素分析含碳量為16.02％，孔隙率為≥60％，強(qiáng)度≥1000kg/m2。

[0041]

實(shí)施例2

[0042]

一種催化氧化鐵碳微電解填料的制備方法，具體包括如下步驟：

[0043]

1)以70％的氧化鐵皮、24％焦炭粉、4％膨潤(rùn)土制備5kg混合原料，加入混合原料總質(zhì)量2％的催化劑；其中，所述催化劑包括質(zhì)量比為1:1:1的1:1:0.8的氧化鋁粉、二氧化錳粉和粉狀活性炭；

[0044]

2)將步驟1)所得混合后球磨4h，保證物料球磨至400目，及混合均勻，然后添加配水量為總質(zhì)量的8％，壓制成5cm左右直徑的生球團(tuán)；

[0045]

3)將步驟2)所得球團(tuán)在恒溫干燥箱內(nèi)以110℃干燥6小時(shí)，裝入坩堝罐中，以碳粉(碳粉質(zhì)量為球團(tuán)的15％)包敷球團(tuán)避免被氧化，放入高溫電阻爐中進(jìn)行1250℃燒結(jié)，保溫30min，自然冷卻至室溫后取出，去掉包敷的碳粉，得到的催化氧化鐵碳微電解填料，如圖3，表面完整，落下強(qiáng)度高。

[0046]

所得催化氧化鐵碳微電解填料含碳量為18.95％，孔隙率≥53.8％，強(qiáng)度≥800kg/m2。

[0047]

應(yīng)用例

[0048]

取焦炭廢水對(duì)實(shí)施例所制備的催化氧化鐵碳微電解填料進(jìn)行cod去除率測(cè)試。

[0049]

表2焦化廢水原水性質(zhì)

[0050][0051]

本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)處理焦化廢水的應(yīng)用情況為：以實(shí)施例2工藝制備出的催化氧化鐵碳微電解填料用來處理焦化廢水(焦化廢水原水性質(zhì)如表2所示)，填料和廢水的比例為5kg：15l，焦炭廢水剛好完全淹沒填料。在曝氣量為0.4m3/h的條件下曝氣72小時(shí)后，焦炭廢水cod去除率可以達(dá)到52.4％(如圖4)，沒有出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象。這也從側(cè)面印證，實(shí)施例所制備的產(chǎn)物為鐵碳微電解填料，氧化鐵皮原料在反應(yīng)過程中大部分還原轉(zhuǎn)化為鐵。

[0052]

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變換，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。技術(shù)特征：

1.一種高溫活化法制備催化氧化鐵碳微電解填料的方法，其特征在于包括如下步驟：a.將原料按重量百分比混合球磨均勻，得到原料粉末；各原料的重量百分比如下：氧化鐵皮65%~70%，焦炭粉20%~25%，膨潤(rùn)土4%~6%，催化劑2~4%；其中，催化劑包括氧化鋁粉、二氧化錳粉、粉狀活性炭；b.將原料粉末加少量水混合均勻，制成球團(tuán)；c.將球團(tuán)干燥后，包敷碳粉，再進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，然后去除包覆的碳粉，得到催化氧化鐵碳微電解填料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫活化法制備催化氧化鐵碳微電解填料的方法，其特征在于所述催化劑由氧化鋁粉、二氧化錳粉、粉狀活性炭按質(zhì)量比1：1：（0.75~1）組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫活化法制備催化氧化鐵碳微電解填料的方法，其特征在于步驟b中，水的質(zhì)量占原料粉末的6%~8%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫活化法制備催化氧化鐵碳微電解填料的方法，其特征在于步驟b中，球團(tuán)的直徑為3~5cm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫活化法制備催化氧化鐵碳微電解填料的方法，其特征在于步驟b中，包敷碳粉占球團(tuán)的質(zhì)量百分比為10%

?

30%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫活化法制備催化氧化鐵碳微電解填料的方法，其特征在于步驟c中，干燥溫度為100

?

120℃，干燥時(shí)間為2

?

6小時(shí)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫活化法制備催化氧化鐵碳微電解填料的方法，其特征在于高溫?zé)Y(jié)的過程為：在高溫電阻爐內(nèi)升溫至1200~1350℃，保溫焙燒30min~60min。8.權(quán)利要求1所述方法制備的高溫活化法催化氧化鐵碳微電解填料。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開一種高溫活化法制備催化氧化鐵碳微電解填料的方法，a.將原料按重量百分比混合球磨均勻，得到原料粉末；各原料的重量百分比如下：氧化鐵皮65%~70%，焦炭粉20%~25%，膨潤(rùn)土4%~6%，催化劑2~4%；其中，催化劑包括氧化鋁粉、二氧化錳粉、粉狀活性炭；將原料粉末加少量水混合均勻，制成球團(tuán)；將球團(tuán)干燥后，包敷碳粉，再進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，然后去除包覆的碳粉，得到催化氧化鐵碳微電解填料。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單易于操作，燒結(jié)過程無需在無氧或加保護(hù)氣氛狀態(tài)，原料來源廣泛且成本低廉，填料強(qiáng)度高，污水處理效果良好，易推廣使用。易推廣使用。

技術(shù)研發(fā)人員：甘萬(wàn)貴 徐先鋒 龔偉 陳少聰 余益鳴

受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖北理工學(xué)院

技術(shù)研發(fā)日：2021.07.19

技術(shù)公布日：2021/11/14