一種污水污泥處理用耐蝕導電陶瓷電極材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及污水、污泥處理技術領域，具體涉及一種污水污泥處理用耐蝕導電陶瓷電極材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國國民經濟的發展，污水處理率呈逐年上升的態勢，隨之而引發的污泥處置問題，已經成為各地政府、眾多專家的頭疼之事。治理工業污水和城市生活污水所產生的副產品是粘稠的污泥，此類污泥含水量高，不易堆積，難于集中存放、運輸，也不便于后期資源化利用。由于污泥中含有各種污染物，若不進行無害化處理、處置，直接投放環境中，將對環境造成污染。隨著各地污水處理廠的大量建設和運行，污泥的產生量也大大增大，污泥處理和處置已經引起越來越多人的關注，許多地方已將污泥處理、處置列入議事日程。
[0003]為了達到政府關于污泥減量化、資源化，無害化的處理要求，工程中通常采用物理方式脫水處理，以得到一定干度的污泥餅。但僅靠機械壓榨方式處理的污泥餅含水量仍高達80%左右，究其原因是在常規壓榨力下不能將污泥中的結合細胞水壓榨處理，因此物理壓榨處理后的污泥餅含水率高，除體積大、減量少外，也增加了后期無害化處置的工作成本。
[0004]目前，實現高干脫水的方法有三種:熱干燥法、化學調理板框壓濾法、電滲透法。熱干燥法的成本是后兩者的2-3倍，所以難于應用。后兩者的優缺點比較如下:
(I)化學調理板框壓濾法，利用板框壓濾機加生石灰，有機絮凝劑等物質可以將污泥脫水至60%以下，但導致固含量增加、后續處理困難、造成二次污染，且與現有的污泥脫水裝置不配套。
[0005](2)電滲透法，可以將含水率85%_75%的污泥脫水至60%以下。若污泥含水率從80%降至60%，則污泥重量和體積均減少一半;還可以減少污泥從污水廠到處置場的運費。該工藝脫水速度快，一般在5-15分鐘內即可實現污泥量減半，泥餅含水率脫至60%以下的要求。
[0006]基于環保和效率等諸多因素的考慮，目前污水、污泥處理先進的工藝技術正在為各國相關企業重視，但是，現在此類設備中所用到的電極材料通常采用常規的金屬類或金屬涂層類，在污水、污泥處理過程中，由于電化學反應，電極附近物料具有很強的腐蝕性，金屬電極材料很難在惡劣環境下有效工作，其耐腐蝕，耐磨損性能差，電化學性能不足，平均使用壽命不足1000小時，造成設備運行成本增加，技術難以快速推廣應用。
【發明內容】
[0007]本發明要解決的技術問題是提供一種污水污泥處理用耐蝕導電陶瓷電極材料，針對污水、污泥處理環境的實際工況，主要以碳(C)為骨料，包括人造石墨、石墨化中間相碳微球，增強粘結劑石墨化碳纖維和E-44環氧樹脂，加入電極性能強的Ti4O7功能助劑，同時可添加TiB2、Ti02、TiC、B203、Si02、SiC中一種或幾種陶瓷耐磨耐蝕組分，加入混合溶劑充分混合均勻后，固化，模壓成型，高溫燒結制得，既具有傳統陶瓷的耐磨、耐蝕特性，又具有優良的導電性能和電化學性能，使用壽命高達3500小時以上。
[0008]本發明通過以下技術方案實現:
一種污水污泥處理用耐蝕導電陶瓷電極材料，該電極材料包括以下質量百分比組分混合后，固化、燒結而成，
粒徑為60?150μηι的人造石墨45?70%;
粒徑為10?15μηι的石墨化中間相碳微球5?10%;
石墨化碳纖維5?8mm3?6%;
E-44環氧樹脂I?3%;
粒徑為I?3μπι的??4Ο7粉末10?15%;
粒徑為3?ΙΟμπι的TiB2粉末O?15%;
粒徑為20?30μπι的B2O3粉末O?2%;
粒徑為2?5μπι的T12粉末O?3%;
粒徑為2?5mm的TiC顆粒O?15%;
粒徑為20?30μπι的S12粉末O?5%;
粒徑為2?5μπι的SiC粉末O?8%;
混合溶劑以上原料質量總量的1/4。
[0009]本發明進一步改進方案是，所述混合溶劑由乙酸丁酯、無水乙醇按體積比2:1配制
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[0010]本發明還提供一種污水污泥處理用耐蝕導電陶瓷電極材料制備方法，包括以下步驟:
1)按權利要求1所述的原料配比，將所有原料加入捏合機混合攪拌3-6h，得到所需漿料；
2)將步驟I)制得的漿料置于模壓成型機模具內，垂直壓制，壓力2-5MPa，保壓時間2-5min；
3)將步驟2)處理完成的生坯常溫固化5-8h;
4)將步驟3)得到的坯料置于燒結爐中，填埋石墨粉，然后在惰性氣體氣氛中進行炭化燒結，炭化燒結溫度為1200-1450°C，炭化燒結時間為36h-48h，最終得到耐蝕導電陶瓷電極材料。
[0011 ]本發明進一步改進方案是，所述的惰性氣體為高純Ar，純度為99.999%。
[0012]本發明組份中功能助劑效果:
1.Ti407(亞氧化鈦)
亞氧化鈦的突出物理性能是在室溫下具有很好的導電性能，尤其是其中的Ti4O7相，其單晶導電率可達1500s/cm，幾乎具有金屬的導電性。亞氧化鈦的比重較小，有利于產品的輕量化，提高比能。耐磨損性很強，抗沖刷，電極尺寸穩定，機械強度高，可加工。亞氧化鈦沒有磁性，不易團聚，在水中的分散性很好，作為導電添加劑時，便于與其他電池活性物均勻混合，有利于電流的均勻分布。亞氧化鈦與有機聚合物的相容性很高，可以與各種塑料混合成型，以克服陶瓷材料韌性差的確定，便于做成柔性好的各種形狀的電極。
[0013]亞氧化鈦具有特別優秀的化學穩定性和抗腐蝕能力，在鉛酸強堿環境下都非常穩定，超過絕大多數工業常用的電極材料，包括其母體鈦金屬。由于電解液中含有氟離子等強腐蝕性物質，常用陽極很易惡化，而亞氧化鈦電極析氧過電位高，耐腐蝕性強，抗磨損，電極尺寸穩定。在能腐蝕鈦金屬的一些強蝕刻液(包括氟化物，鹽酸等)中穩定，如40%的硫酸或草酸能嚴重腐蝕鈦金屬，但是亞氧化鈦卻幾乎是惰性的。
[0014]既可作為正極，也可作為負極進行析氫析氧反應，并且析氫析氧過電位都很高。作為電極支撐材料，可以電鍍，化學沉積或涂敷各種金屬氧化物或貴金屬催化劑，并且與這些催化劑的化學結合性很好，催化活性幾乎不變，效果好。
[0015]由于亞氧化鈦電極的析氧電勢高，有利于陽極氧化，可廣泛應用于電催化降解有機污染物和垃圾滲濾液，電催化處理苯酚廢水，印染廢水處理，油田廢水處理，醫院污水處理以及電解海水制氫，海水淡化，電解水消毒和臭氧的制造。
[0016]由于亞氧化鈦具有獨特的電化學性能，在以往的導電陶瓷領域未見有使用，本發明中添加亞氧化鈦，大大提高了導電陶瓷的電化學性能，而且首次成功的應用在了污水、污泥處理用電極材料領域。
[0017]2.TiB2( 二硼化鈦)
二硼化鈦粉末是灰色或灰黑色的，具有六方(A1B2)的晶體結構，有很高的硬度。二硼化鈦在空氣中抗氧化溫度可達1000°C，在HCl和HF酸中穩定。二硼化鈦主要用于制備復合陶瓷制品。由于其可抗恪融金屬的腐蝕。熱膨脹系數8.1 X 10-6m/m.k，導熱系數25J/m.s.k，優良的導電性能，電阻率0.14μΩ.m。在陶瓷材料中加入二硼化鈦，可顯著提高陶瓷材料的導電性和耐腐蝕性能。
[0018]3.B2O3 (三氧化二硼)
三氧化二硼又稱氧化硼，是硼最主要的氧化物。它是一種無色玻璃狀固體，一般以無定形的狀態存在，加熱至600°C時，可變成黏性很大的液體。因此在導電陶瓷材料的燒結時，可有效降低材料的燒結溫度，提高陶瓷材料的致密度，是很好助燒結劑。
[0019]4.TiC(碳化鈦)
TiC淺灰色，立方晶系，不溶于水，具有很高的化學穩定性，與鹽酸、硫酸幾乎不起化學反應，可由炭與二氧化鈦在電爐中加熱制得。是硬質合金的重要成分，用作金屬陶瓷，具有高硬度、耐腐蝕、熱穩定性好的特點，還可用來制造切削工具。碳化鈦是典型的過渡金屬碳化物。它的鍵型是由離子鍵、共價鍵和金屬鍵混合在同一晶體結構中，因此碳化鈦具有許多獨特的性能。晶體的結構決定了碳化鈦具有高硬度、高熔點、耐磨損以及導電性等基本特征。
[0020]5.Ti02( 二氧化鈦)
二氧