一種粉煤灰基粒子電極及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種三維電極反應器的粉煤灰基粒子電極及其制備方法：由粉煤灰、頁巖、成孔劑、活化劑組成，按重量百分比計，干燥細粉煤灰顆粒為50-60%、干燥細頁巖為10-20%、成孔劑為10-20%、活化劑為10-20%。本發明的粉煤灰粒子電極多孔，且孔徑大，具有很大的比表面積，很強的吸附性、導電性和催化性是一種新型高效的粒子電極，用作廢水處理時，能將有機物快速分解為小分子有機物或者徹底礦化，COD去除率大于90%，從而提高廢水的可生化性。本發明提供的一種粉煤灰基粒子電極及其制備方法，充分利用工業廢棄物——粉煤灰，既可以變廢為寶,又可以減少環境的污染、解決土地占用等問題。
【專利說明】 一種粉煤灰基粒子電極及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于廢水處理【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粉煤灰基粒子電極及其制備方法。
【背景技術】
[0002]三維電極是一種新型的高級氧化方法，其反應區域不再局限于電極的簡單幾何表面上，而是在整個床層的三維空間表面上進行，尤其適用于降解反應速率低或系統中極限電流密度小的反應體系。粒子電極的性能顯著影響三維電極反應器的處理效果，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。
[0003]粉煤灰是火力發電廠燃煤鍋爐排除的一種工業廢渣。粉煤灰的主要成分是硅、鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等的氧化物和部分碳粒，同時還有微量元素，這些元素恰恰也是粒子電極的主要成份。因此利用粉煤灰中的這些可利用元素來合成高效、環保的粒子電極，用于處理城市污水，可使粉煤灰得到有效利用，從而達到“以廢治廢”的目的，獲得良好的經濟效益。
【發明內容】
[0004]本發明從“以廢治廢”的目的出發，提供一種粉煤灰基粒子電極及其制備方法。本發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。
[0005]一種粉煤灰基粒子電極，按照重量百分比計，干燥細粉煤灰顆粒占50-60%、干燥細頁巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%。
[0006]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。
[0007]所述活化劑可以是Fe304、Fe203、Mn02、ZnO中的一種。
[0008]所述粉煤灰是火力發電廠燃煤鍋爐排除的一種工業廢渣。
[0009]上述粉煤灰基粒子電極的制備方法，包括如下步驟:
A、粉煤灰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，取干燥細粉煤灰顆粒備用；
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中的干燥細粉煤灰顆粒、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，得到粉煤灰基粒子電極材料。
[0010]按照重量百分比計，干燥細粉煤灰顆粒占50-60%、干燥細頁巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%。
[0011]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。
[0012]所述活化劑可以是Fe304、Fe203、Mn02、ZnO中的一種。
[0013]通過上述制備方法制備的粉煤灰基粒子電極，取固體廢棄物粉煤灰為原料。粉煤灰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，因而對廢水中的污染物質具有較好的吸附、去除作用，而且冶煉生鐵過程中產生的廢棄物粉煤灰，其堆放不僅需要資金和大面積堆場，污染環境。利用粉煤灰制作三維電極用的粒子催化電極，可以變廢為寶，減少環境的污染、土地的占用等問題。
[0014]本發明提供的粉煤灰基粒子電極及其制備方法，符合當前國家節能減排的環保政策。制備的粒子電極多孔，且孔徑大，具有很大的比表面積、很強的吸附性能、良好的導電性和催化性能是一種新型高效的粒子電極。
[0015]以下結合【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0016]實施例一:
A、粉煤灰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，取干燥細粉煤灰顆粒備用；
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中的干燥細粉煤灰顆粒、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，得到粉煤灰基粒子電極材料。
[0017]取上述實施例中制備的粉煤灰基粒子電極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%。
[0018]實施例二:
A、粉煤灰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，取干燥細粉煤灰顆粒備用；
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中的干燥細粉煤灰顆粒、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，得到粉煤灰基粒子電極材料。
[0019]取上述實施例中制備的粉煤灰基粒子電極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%。
[0020]實施例三:
A、粉煤灰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，取干燥細粉煤灰顆粒備用；
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中的干燥細粉煤灰顆粒、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，得到粉煤灰基粒子電極材料。
[0021]取上述實施例中制備的粉煤灰基粒子電極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%。
[0022]實施例四:
A、粉煤灰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，取干燥細粉煤灰顆粒備用；
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中的干燥細粉煤灰顆粒、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，得到粉煤灰基粒子電極材料。
[0023]取上述實施例中制備的粉煤灰基粒子電極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%。
[0024]實施例五:
A、粉煤灰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，取干燥細粉煤灰顆粒備用；
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中的干燥細粉煤灰顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、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；
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，得到粉煤灰基粒子電極材料。
[0025]取上述實施例中制備的粉煤灰基粒子電極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%。
[0026]實施例六:
A、粉煤灰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，取干燥細粉煤灰顆粒備用；
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中的干燥細粉煤灰顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、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；
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，得到粉煤灰基粒子電極材料。
[0027]取上述實施例中制備的粉煤灰基粒子電極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97%。
[0028]實施例七:
A、粉煤灰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，取干燥細粉煤灰顆粒備用；
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中的干燥細粉煤灰顆粒、步驟B中的干燥細頁巖、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；
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，得到粉煤灰基粒子電極材料。
[0029]取上述實施例中制備的粉煤灰基粒子電極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%。
【權利要求】
1.一種粉煤灰基粒子電極，其特征在于:按照重量百分比計，包括干燥細粉煤灰顆粒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所述的粉煤灰基粒子電極，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.如權利要求1所述的粉煤灰基粒子電極，其特征在于:活化劑可以是Fe3CVFe2O3,MnO2、ZnO 中的一種。
4.一種粉煤灰基粒子電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: A、粉煤灰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，取干燥細粉煤灰顆粒； 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中的干燥細粉煤灰顆粒、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，得到粉煤灰基粒子電極材料。
5.如權利要求4所述的粉煤灰基粒子電極的制備方法，其特征在于:按照重量百分比計，干燥細粉煤灰顆粒占50-60%、干燥細頁巖占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%ο
6.如權利要求4所述的粉煤灰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.如權利要求4所述的粉煤灰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】C02F1/461GK104276629SQ201310275572
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月3日 優先權日:2013年7月3日
【發明者】于衍真, 馮巖, 李妙婉, 姚賽, 譚娟, 范麗莎 申請人:濟南大學