一種硫酸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(yīng)器的硫酸渣基粒子電極及其制備方法：由硫酸渣、頁(yè)巖、成孔劑、活化劑組成，按重量百分比計(jì)，干燥細(xì)硫酸渣顆粒為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)明以硫酸渣為原料制備粒子電極，開辟了硫酸渣應(yīng)用的新途徑，最大限度地回收利用工業(yè)廢棄物，提高了硫酸渣的綜合利用水平，有利于我國(guó)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)于我國(guó)實(shí)現(xiàn)固體廢棄物“無(wú)害化，減量化，資源化”具有現(xiàn)實(shí)意義。
【專利說明】 一種硫酸渣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)物的硫酸渣基粒子電極及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]硫酸渣又稱黃鐵礦烘渣或燒渣，是黃鐵礦制造硫酸或亞硫酸過程中排出的廢渣，主要化學(xué)成分為 Fe2O3:20-50%, S12:15-65%, Al2O3:10%，CaO:5%，Mg0<5%, S:1_2%，一般還含有Cu、Co等。其化學(xué)成分不同利用途徑也有所不同，高鐵硫酸渣最有效的利用是作為煉鐵原料，硫酸渣則可用作水泥原料、制磚材料等。目前某些國(guó)家已做到全部利用，我國(guó)利用量只有50%左右，其余都排入環(huán)境，堆積則侵占農(nóng)田，污染土地，排入江河則污染水體。以硫酸渣為原料制備高效、環(huán)保的粒子電極，用于處理城市污水，可使硫酸渣得到有效利用，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】

[0003]本發(fā)明的目的是以硫酸渣為基質(zhì)，提供一種硫酸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(yīng)器的工作電極，可有效降解廢水中的有機(jī)物，且電流效率高，能耗低。
[0004]一種硫酸渣基粒子電極，按照重量百分比計(jì)，干燥細(xì)硫酸渣顆粒占50-60%、干燥細(xì)頁(yè)巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%。
[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]所述硫酸渣黃鐵礦制造硫酸或亞硫酸過程中排出的廢渣，是一種工業(yè)廢棄物。
[0008]上述硫酸渣基粒子電極的制備方法，包括如下步驟:
A、硫酸渣顆粒于球磨機(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60目篩，取干燥細(xì)硫酸渣顆粒備用；
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60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)硫酸渣顆粒、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，得到硫酸渣基粒子電極材料。
[0009]按照重量百分比計(jì)，干燥細(xì)硫酸渣顆粒占50-60%、干燥細(xì)頁(yè)巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%。
[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酸渣基粒子電極，取固體廢棄物硫酸渣為原料。硫酸渣中含有多種氧化物，其中Fe203、Fe304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(jìn)劑成分。硫酸渣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，而且硫酸渣的堆放不僅需要資金和大面積堆場(chǎng)，而且污染環(huán)境。利用硫酸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)明提供的硫酸洛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。
[0014]以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例一:
A、硫酸渣顆粒于球磨機(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60目篩，取干燥細(xì)硫酸渣顆粒備用；
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60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)硫酸渣顆粒、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，得到硫酸渣基粒子電極材料。
[0016]取上述實(shí)施例中制備的硫酸渣基粒子電極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%。
[0017]實(shí)施例二:
A、硫酸渣顆粒于球磨機(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60目篩，取干燥細(xì)硫酸渣顆粒備用；
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60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)硫酸渣顆粒、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，得到硫酸渣基粒子電極材料。
[0018]取上述實(shí)施例中制備的硫酸渣基粒子電極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%。
[0019]實(shí)施例三:
A、硫酸渣顆粒于球磨機(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60目篩，取干燥細(xì)硫酸渣顆粒備用；
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60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)硫酸渣顆粒、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，得到硫酸渣基粒子電極材料。
[0020]取上述實(shí)施例中制備的硫酸渣基粒子電極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)施例四:
A、硫酸渣顆粒于球磨機(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60目篩，取干燥細(xì)硫酸渣顆粒備用；
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60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)硫酸渣顆粒、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，得到硫酸渣基粒子電極材料。
[0022]取上述實(shí)施例中制備的硫酸渣基粒子電極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%。
[0023]實(shí)施例五:
A、硫酸渣顆粒于球磨機(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60目篩，取干燥細(xì)硫酸渣顆粒備用；
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60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)硫酸渣顆粒、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，得到硫酸渣基粒子電極材料。
[0024]取上述實(shí)施例中制備的硫酸渣基粒子電極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)施例六:
A、硫酸渣顆粒于球磨機(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60目篩，取干燥細(xì)硫酸渣顆粒備用；
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60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)硫酸渣顆粒、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，得到硫酸渣基粒子電極材料。
[0026]取上述實(shí)施例中制備的硫酸渣基粒子電極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%。
[0027]實(shí)施例七:
A、硫酸渣顆粒于球磨機(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60目篩，取干燥細(xì)硫酸渣顆粒備用；
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60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖備用；
C、將步驟A中的干燥細(xì)硫酸渣顆粒、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，得到硫酸渣基粒子電極材料。
[0028]取上述實(shí)施例中制備的硫酸渣基粒子電極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】
1.一種硫酸渣基粒子電極，其特征在于:按照重量百分比計(jì)，包括干燥細(xì)硫酸渣顆粒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所述的硫酸渣基粒子電極，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(quán)利要求1所述的硫酸渣基粒子電極，其特征在于:活化劑可以是Fe3CVFe2O3^MnO2、ZnO 中的一種。
4.一種硫酸渣基粒子電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A、硫酸渣顆粒于球磨機(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60目篩，取干燥細(xì)硫酸渣顆粒； 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60目篩，取干燥細(xì)頁(yè)巖； C、將步驟A中的干燥細(xì)硫酸渣顆粒、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，得到硫酸渣基粒子電極材料。
5.如權(quán)利要求4所述的硫酸渣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)硫酸渣顆粒占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所述的硫酸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(quán)利要求4所述的硫酸渣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)】C04B38/06GK104276812SQ201310275580
【公開日】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】于衍真, 馮巖, 閆廣勇, 柳宗亮, 李明, 胡栗 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)