一種錳炭催化內(nèi)電解填料及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種錳炭催化內(nèi)電解填料及其制備方法與應(yīng)用，該內(nèi)電解填料由錳礦廢棄物、活性炭、粘結(jié)劑及致孔劑組成；所述錳礦廢棄物的質(zhì)量百分比為40～65％，活性炭的質(zhì)量百分比為35～60％，所述錳礦廢棄物和活性炭的質(zhì)量百分比之和為100％。所述方法通過研磨錳礦廢棄物，添加活性炭、粘結(jié)劑及致孔劑，成球后放入馬弗爐1100℃焙燒2～3h，制取最終的產(chǎn)物；同時在高濃度有機(jī)廢水中使用該最終產(chǎn)物，曝氣2h，去除有機(jī)物。本發(fā)明的有益效果為：本方法運(yùn)用錳礦廢棄物制備一種新型的催化內(nèi)電解材料，操作方便，以廢治廢，節(jié)省能源，對有機(jī)物的去除效果好，實(shí)用性強(qiáng)，前景廣泛。
【專利說明】-種猛炭催化內(nèi)電解填料及其制備方法與應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種猛炭催化內(nèi)電解填料及其制備方法與應(yīng)用，屬污水處理控制領(lǐng) 域，尤其是高濃度有機(jī)廢水預(yù)處理領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)廢水尤其是高濃度有機(jī)廢水是危害我國生態(tài)環(huán)境的重要污染源。其COD -般 在2000mg/L W上，有的甚至高達(dá)幾萬甚至幾十萬，可生化性較差，成分復(fù)雜、排放量大、處 理難度大，因此亟待解決。
[0003] 針對難降解有機(jī)廢水，目前采取的主要是物理、化學(xué)預(yù)處理和生化處理相組合的 工藝手段，包括混凝沉淀，吸附，氣浮，萃取，膜技術(shù)等，普遍存在著處理效率低下的技術(shù)難 題。
[0004] 目前鐵炭內(nèi)電解法已在工程實(shí)踐中被證明是一種有效的處理高濃度有機(jī)廢水的 方法。傳統(tǒng)的鐵炭內(nèi)電解法是利用化/C原電池反應(yīng)原理對廢水進(jìn)行處理的良好工藝，鐵炭 內(nèi)電解法集氧化還原、絮凝吸附、催化氧化、絡(luò)合、電沉積W及共沉淀等作用于一體。作為一 種生化處理前預(yù)處理技術(shù)，鐵炭內(nèi)電解技術(shù)不僅僅能大大的降低有機(jī)物濃度，同時能去除 或降低廢水毒性，提高廢水的可生化性。由于此法具有適用范圍廣、處理效果好、使用壽命 長、成本低廉及操作維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，并使用廢鐵屑為原料，也不需消耗電力資源，具 有W廢治廢的意義。但由于鐵炭混合不均勻，傳統(tǒng)內(nèi)電解法存在著填料的板結(jié)和純化的問 題，同時鐵屑表面會生產(chǎn)一層金屬氧化物和氨氧化物膜，致使鐵屑純化，進(jìn)而導(dǎo)致微電解過 程中斷，影響處理效果。另一方面，利用鐵炭內(nèi)電解填料去除C0D，其去除率很難達(dá)到60%， 該對于高濃度有機(jī)廢水來說，并沒有達(dá)到預(yù)期的效果，分析原因，可能是在鐵炭內(nèi)電解反應(yīng) 中，陽極的化失去電子，生成Fe",陽極的電勢電位為0. 44v，與陰極形成的電位差較小，難 W使電子迅速移動，最終導(dǎo)致去除率難W上升。因此研發(fā)制備一種高效的新型內(nèi)電解材料 是至關(guān)重要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種COD去除率較高的猛炭催化內(nèi)電解填料及其制備方 法與應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的方案為：
[0007] -種猛炭催化內(nèi)電解填料，它由猛礦廢棄物、活性炭、粘結(jié)劑及致孔劑組成；所述 猛礦廢棄物的質(zhì)量百分比為40?65%，活性炭的質(zhì)量百分比為35?60%，所述猛礦廢棄 物和活性炭的質(zhì)量百分比之和為100%。
[0008] 上述方案中，所述猛礦廢棄物主要成分的重量百分含量為；Mn 15?25%， SiOalO ?18%，F(xiàn)e 2 ?2.5%，AI2O3I ?3%，CaO 2 ?3%。
[0009] 上述方案中，所述的粘結(jié)劑為高嶺±，用量為猛礦廢棄物和活性炭總質(zhì)量的20? 30%。
[0010] 上述方案中，所述的致孔劑為過100目篩煤粉，用量為猛礦廢棄物和活性炭總質(zhì) 量的5?12%。
[0011] 一種猛炭催化內(nèi)電解填料的制備方法，所述方法包括W下步驟：
[0012] 1)將猛礦廢棄物和活性炭混合，進(jìn)行研磨，過100-130目篩，所述猛礦廢棄物的質(zhì) 量百分比為40?65%，活性炭的質(zhì)量百分比為35?60%，所述猛礦廢棄物和活性炭的質(zhì) 量百分比之和為100% ;
[0013] 2)加入粘結(jié)劑和致孔劑，混合攬拌均勻；
[0014] 3)成型成球狀顆粒；
[0015] 4)干燥所述球狀顆粒：
[001引 W加熱；在Iiocrc充氮條件下燒結(jié)上述猛炭材料2?3小時，冷卻后即得。
[0017] 上述方案中，所述步驟4)中的干燥條件為：W 3?SC/分的速度逐漸升溫至 70?8(TC，然后繼續(xù)干燥20min。
[0018] 所述的猛炭催化內(nèi)電解填料在處理高濃度有機(jī)廢水中的應(yīng)用。
[0019] 上述方案中，將COD濃度為3000-4000mg/L的有機(jī)廢水的抑調(diào)節(jié)為3,然后向其中 放入猛炭催化內(nèi)電解填料，曝氣化后，調(diào)節(jié)抑到8,靜沉后取上清液。
[0020] 上述方案中，所述猛炭催化內(nèi)電解填料的質(zhì)量與有機(jī)廢水的體積比為1: Ig/血。
[0021] 本發(fā)明的原理為；猛炭內(nèi)電解材料所需的基本元素為猛和炭，低電位的猛與高電 位的炭在廢水中產(chǎn)生電位差，具有一定的導(dǎo)電性的廢水充當(dāng)電解質(zhì)，猛作為陽極被腐蝕，炭 作為陰極形成無數(shù)微電池。電極反應(yīng)如下：
[0022] 陽極（Mn) :Mn-2e = Mn2+E〇(Mn27Mn) = -1. 18V
[0023] 陰極似：2H++2e = 2閒=&￡〇化/&) = 0. OOV
[0024] 有氧氣時，在酸性條件下發(fā)生如下反應(yīng)：
[00巧]〇2+4H++4e = 2&0 E0(02) = 1. 23V
[0026] 在堿性條件下發(fā)生如下反應(yīng)：
[0027] 〇2+2&0+46 = 40H-E〇 化/0H-) = 0. 40V
[0028] 需要說明的是，由于猛礦廢棄物中含有多種雜質(zhì)元素，如S、P等，有可能影響最終 填料成品的處理效果。所W在本發(fā)明中考慮利用猛炭填料制備過程中所必需的加熱燒結(jié)工 藝在高溫條件下將其有效去除。
[0029] 本發(fā)明的有益效果為：
[0030] 1.本發(fā)明中的原料采用猛礦廢棄物，實(shí)現(xiàn)了固廢資源化，用其作為原料處理高濃 度有機(jī)廢水，達(dá)到W廢治廢、循環(huán)利用的目的，可謂一舉兩得。
[0031] 2.在新型猛炭內(nèi)電解材料中用猛代替?zhèn)鹘y(tǒng)填料中的鐵，陽極電位由0. 44V增加到 1. 18V，更利用于反應(yīng)的進(jìn)行；此外，反應(yīng)生成的Mn"可W作為催化劑，提高化學(xué)反應(yīng)速率。 [003引 3.猛礦廢棄物中存在一定量的5102、41203、化0、1(20，該些成分可^作為粘結(jié)劑，提 高填料成品的穩(wěn)定性，減少了其它粘結(jié)劑的投加量，可W有效的節(jié)省資源。實(shí)驗(yàn)表明減少了 粘結(jié)劑的投加量W后，猛炭材料仍然保持了較高的COD去除率。
[0033] 4.在猛礦廢棄物中還含有2?2. 5%化，同時也能夠作為原電池的陽極，使反應(yīng)更 加迅速徹底，有效去除有機(jī)物。同時在酸性條件下處理廢水時會產(chǎn)生化"，在混凝階段，女口 果進(jìn)行曝氣，F(xiàn)e2+被氧化成化3+，進(jìn)一步發(fā)生氧化還原反應(yīng)，降解有機(jī)物。同時又是很好的絮 凝劑，將抑值調(diào)至堿性，會形成化(OH) 2和化(OH) 3絮凝體，具有很強(qiáng)的絮凝功能，使得廢水 中原有的有機(jī)息浮物、微電池反應(yīng)產(chǎn)生的不溶物、構(gòu)成色度的部分物質(zhì)均可被其吸附凝聚， 最后通過沉淀被去除。
[0034] 5.本填料中的猛和炭W猛炭包容構(gòu)架的形式存在，猛骨架與炭相互交叉，猛炭顆 粒均勻的分散在炭顆粒周圍，解決了傳統(tǒng)內(nèi)電解材料的板結(jié)問題。本填料具有很大的比表 面積，機(jī)械強(qiáng)度高，同時由于Mn2+的催化作用使得填料的活性較好，產(chǎn)生的電流密度大，吸 附絮凝效果好，作用效率穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，有效提高了高濃度有機(jī)廢水的生化性，有利于后續(xù)生 化反應(yīng)的進(jìn)行。

【具體實(shí)施方式】
[0035] W下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的 實(shí)施例。
[0036] W下所有實(shí)施例中所使用的猛礦廢棄物的成分如表1所示：
[0037] 表 1
[0038]

【權(quán)利要求】
1. 一種猛炭催化內(nèi)電解填料，其特征在于，它由猛礦廢棄物、活性炭、粘結(jié)劑及致孔劑 組成；所述錳礦廢棄物的質(zhì)量百分比為40?65%，活性炭的質(zhì)量百分比為35?60%，所述 錳礦廢棄物和活性炭的質(zhì)量百分比之和為100 %。
2. 如權(quán)利要求1所述的錳炭催化內(nèi)電解填料，其特征在于，所述錳礦廢棄物主要成分 的重量百分含量為：Μη 15 ?25%，Si0210 ?18%，F(xiàn)e 2 ?2. 5%，A12031 ?3%，CaO 2 ? 3%。
3. 如權(quán)利要求1所述的錳炭催化內(nèi)電解填料，其特征在于，所述的粘結(jié)劑為高嶺土，用 量為錳礦廢棄物和活性炭總質(zhì)量的20?30%。
4. 如權(quán)利要求1所述的錳炭催化內(nèi)電解填料，其特征在于，所述的致孔劑為過100目篩 煤粉，用量為錳礦廢棄物和活性炭總質(zhì)量的5?12%。
5. -種錳炭催化內(nèi)電解填料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： 1) 將錳礦廢棄物和活性炭混合，進(jìn)行研磨，過100-130目篩，所述錳礦廢棄物的質(zhì)量百 分比為40?65%，活性炭的質(zhì)量百分比為35?60%，所述錳礦廢棄物和活性炭的質(zhì)量百 分比之和為100% ; 2) 加入粘結(jié)劑和致孔劑，混合攪拌均勻； 3) 成型成球狀顆粒； 4) 干燥所述球狀顆粒： 5) 加熱：在1100°C充氮條件下燒結(jié)上述錳炭材料2?3小時，冷卻后即得。
6. 如權(quán)利要求1所述的錳炭催化內(nèi)電解填料的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中 的干燥條件為：以3?5°C /分的速度逐漸升溫至70?80°C，然后繼續(xù)干燥20min。
7. 如權(quán)利要求1所述的錳炭催化內(nèi)電解填料在處理高濃度有機(jī)廢水中的應(yīng)用。
8. 如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，將COD濃度為3000-4000mg/L的有機(jī)廢水的 pH調(diào)節(jié)為3,然后向其中放入錳炭催化內(nèi)電解填料，曝氣2h后，調(diào)節(jié)pH到8,靜沉后取上清 液。
9. 如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述錳炭催化內(nèi)電解填料的質(zhì)量與有機(jī)廢 水的體積比為l:lg/mL。
【文檔編號】C02F9/14GK104261518SQ201410478955
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】李孟, 閆愛萍, 張斌 申請人:武漢理工大學(xué)