一種高爐冶金渣基粒子電極及其制備方法
【專利摘要】一種高爐冶金渣基粒子電極及其制備方法屬于廢水處理【技術領域】。本發(fā)明以球磨干燥處理后的高爐冶金渣、頁巖、成孔劑、活化劑為原料，按一定重量比例混合攪拌均勻，擠壓成生料球，進行干燥處理，置于特定溫度下加熱、活化、焙燒，一段時間后取出，冷卻至室溫得到成品。本發(fā)明制備的高爐冶金渣基粒子電極多孔，比表面積大，具有很好的吸附性能，是一種新型高效的粒子電極。本發(fā)明提供的一種高爐冶金渣基粒子電極及其制備方法，充分利用工業(yè)廢棄物——高爐冶金渣，既可以變廢為寶，又可以減少環(huán)境的污染、解決土地占用等問題。
【專利說明】 一種高爐冶金渣基粒子電極及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于廢水處理【技術領域】，特別涉及一種用于處理城市污水中難降解有機物的高爐冶金渣基粒子電極及其制備方法。
【背景技術】
[0002]高爐冶金渣是鋼鐵企業(yè)在用鐵礦石冶煉生鐵時排出的廢渣，其成分主要由CaO，S12, Al2O3, MgO等組成，若不及時處理，大量的冶金礦渣會占用大量土地，造成環(huán)境污染，影響企業(yè)的正常發(fā)展，不符合節(jié)約型社會的理念。高爐冶金渣的成分與硅酸鹽水泥熟料的相似，潛在活性較高，故一般都是經(jīng)過適當處理后用作建筑材料，比如用于制造水泥，作為混凝土的摻混料，制作微晶玻璃，也有一些用于制造農用肥等。在水處理領域，由于高爐冶金渣在被排出爐體后往往經(jīng)過水淬急冷處理，所以形成了無定形的疏松多孔結構，常用于制作水處理吸附劑以去除污水中的重金屬離子及磷等。
三維電極是一種新型的高級氧化方法，粒子電極的性能顯著影響三維電極反應器的處理效果，常用的幾種粒子電極包括活性炭、金屬氧化物以及負載的金屬或金屬氧化物，然而這些粒子電極存在如下問題:活性炭顆粒的阻抗相對較小，裝填于三維電極反應器中運行時容易形成短路電流，從而降低電流效率，并且活性炭粒子在電解過程中還會出現(xiàn)粉化現(xiàn)象；金屬氧化物粒子電極在電解過程中會有一些有毒的離子溶出，會成為二次污染物，例如PbO2粒子電極；負載的金屬或金屬氧化物克服了活性炭粒子電極的缺點，提高了廢水處理效果，但也存在負載金屬易于脫落等問題。目前，對于三維電極體系，為了提高電流效率，在深入了解三維電極催化反應機理的基礎上，設計及制備在常溫常壓條件下具有良好的導電性、吸附性和催化性能粒子電極是今亟待解決的關鍵問題。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的目的是克服上訴粒子電極填料存在的問題，提供一種高爐冶金渣基粒子電極的制備方法。本發(fā)明所提供的粒子電極材料作為三維電極反應器的工作電極，可有效降解廢水中的有機物，且電流效率高，能耗低。
[0004]一種高爐冶金渣基粒子電極，按照重量百分比計，干燥細高爐冶金渣顆粒占50-60%、干燥細頁巖占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]所述高爐冶金渣是鋼鐵企業(yè)在用鐵礦石冶煉生鐵時排出的廢渣，其成分主要由CaO, S12, Al2O3, MgO等組成，是一種工業(yè)廢棄物。
[0008]上述高爐冶金渣基粒子電極的制備方法，包括如下步驟:
A、高爐冶金渣于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細高爐冶金渣備用； B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細高爐冶金渣、步驟B中的干燥細頁巖、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；
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，得到高爐冶金渣基粒子電極材料。
[0009]按照重量百分比計，干燥細高爐冶金渣占50-60%、干燥細頁巖占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)顆粒中的一種。
[0011]所述活化劑可以是Fe304、Fe203、Mn02、ZnO中的一種。
[0012]通過上述制備方法制備的高爐冶金渣基粒子電極，取固體廢棄物高爐冶金渣為原料。高爐冶金渣中含有多種堿性氧化物(Ca0、Al203等)，制作成粒子電極后在與廢水接觸后能溶出部分堿性物，與成孔劑混合在一起后，能夠產生良好的化學反應，使顆粒表面形成多孔狀態(tài)，因而對廢水中的污染物質具有較好的吸附、去除作用。而且，鐵礦石冶煉生鐵過程中產生的廢棄物高爐冶金渣，其堆放不僅需要資金和大面積堆場，而且污染環(huán)境。利用高爐冶金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)明提供的高爐冶金渣基粒子電極及其制備方法，符合當前國家節(jié)能減排的環(huán)保政策。制備的粒子電極多孔，比表面積大，具有很強的吸附性能、導電性能，是一種新型高效的粒子電極。
[0014]以下結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0015]實施例一:
A、高爐冶金渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細高爐冶金渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細高爐冶金渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、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；
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，得到高爐冶金渣基粒子電極材料。
[0016]取上述實施例中制備的高爐冶金渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到95%。
[0017]實施例二:
A、高爐冶金渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細高爐冶金渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細高爐冶金渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、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；
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，得到高爐冶金渣基粒子電極材料。
[0018]取上述實施例中制備的高爐冶金渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到94%ο
[0019]實施例三:
A、高爐冶金渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細高爐冶金渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細高爐冶金渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、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；
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，得到高爐冶金渣基粒子電極材料。
[0020]取上述實施例中制備的高爐冶金渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到94%ο
[0021]實施例四:
A、高爐冶金渣顆粒于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細高爐冶金渣顆粒備用；
B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖備用；
C、將步驟A中的干燥細高爐冶金渣顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、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；
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，得到高爐冶金渣基粒子電極材料。
[0022]取上述實施例中制備的高爐冶金渣基粒子電極5.0g，填充于反應器中，制得三維電極反應器，在電壓為6.0V,電流為0.2A時，通電降解30ml印染廢水45min，CODcr去除率達到96%。
【權利要求】
1.一種高爐冶金渣基粒子電極，其特征在于:按照重量百分比計，包括干燥細高爐冶金渣顆粒50-60%、干燥細頁巖10-20%、成孔劑10-20%、活化劑10_20%。
2.如權利要求1所述的高爐冶金渣基粒子電極，其特征在于:成孔劑可以是炭粉、鋸末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)顆粒中的一種。
3.如權利要求1所述的高爐冶金渣基粒子電極，其特征在于:活化劑可以是Fe304、Fe2O3、MnO2、ZnO 中的一種。
4.一種高爐冶金渣基粒子電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A、高爐冶金渣于球磨機中球磨，取出后洗滌、浸泡(洗滌、浸泡的目的在于解吸雜質)，于烘箱內120°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細高爐冶金渣； B、頁巖放于烘箱內120°C烘干，將烘干的頁巖在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細頁巖； C、將步驟A中的干燥細高爐冶金渣、步驟B中的干燥細頁巖、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； 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，得到高爐冶金渣基粒子電極材料。
5.如權利要求4所述的高爐冶金渣基粒子電極的制備方法，其特征在于:按照重量百分比計，干燥細高爐冶金渣占50-60%、干燥細頁巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%ο
6.如權利要求4所述的高爐冶金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)顆粒中的一種。
7.如權利要求4所述的高爐冶金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> MnO2> ZnO 中的一種。
【文檔編號】C04B38/06GK104276811SQ201310275573
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月3日 優(yōu)先權日:2013年7月3日
【發(fā)明者】馮巖, 譚娟, 范麗莎, 柳宗亮, 于衍真, 胡栗 申請人:濟南大學