CN101439895B - 一种多孔导电颗粒滤料及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种多孔导电颗粒滤料及其制作方法，该多孔导电颗粒滤料可用作三维电极电化学反应器填料的多孔导电颗粒滤料。本发明所述的多孔导电颗粒滤料由金属丝簧作为骨架，经缠绕、压制制成，外形呈球状或近似球状；多孔导电颗粒滤料粒径为2.5-3.0毫米，当量孔径在50～100μm左右范围内，堆积密度在1500～1600kg/m3范围内，孔隙度在80～90％范围内。将其用作三维电极电化学反应器填料，反应物质易于向电极表面传质和反应，可进一步提高三维电极滤床的电化学反应速率和空间效率。
Description
技术领域
本发明涉及电化学反应器领域，公开了一种可用作三维电极电化学反应器填料的多孔导电颗粒滤料及其制作方法。该滤料可用于饮用水电化学除氟。
背景技术
20世纪60年代末期，提出了三维电极的概念。三维电极又叫床电极，是在传统二维电极间装填粒状或其他碎屑状工作电极材料并使装填粒状电极材料表面带电，成为新的一极(第三极)，在工作电极材料表面发生电化学反应。与传统的二维电极相比，三维电极具有更大的比表面积，能以较低电流密度提供较大的电流强度，体反应速度高，时空转化效率高。因此，三维电极在电化学水处理领域有较大的优势和良好的发展前景。
影响三维电极反应器水处理效果的一个重要因素是其填料的选择。三维电极填料一般选择比表面积大的多孔材料。目前比较常用的填充材料有金属导体、金属多孔泡沫、导电陶瓷、表面镀有金属的玻璃或塑料体、金属氧化物、石墨以及活性炭等。新型材料也相继问世，如高孔隙率的碳—气凝胶电极，金属—碳复合电极，碳泡沫复合材料、碳纳米管材料以及网状玻炭材料等。
德国专利(DE2148402，1971年9月28日)提出了以碳珠或石墨珠为滤料的导电滤料过滤技术。国际专利(WO9325481，1993年12月23日)提出了以活性炭或改性活性炭为滤料的导电滤料过滤技术。这两种方法均由于滤料的导电率较低而必须维持较高的槽电压而致使处理工艺能耗过大。
美国专利(US4481303，1983年8月8日)提出了在钢基材上附着银或铂的颗粒，以制取功能性导电颗粒的技术。国际专利(WO9324412，1993年5月27日)提出了在陶瓷或聚合物颗粒上涂金属导电层的技术方案。国际专利(WO200048945，2000年2月18日)提出了对金属钛表面进行氧化处理的颗粒滤料。日本专利(JP2002121679，2000年10月13日)提出了在玻璃珠上涂金属导电层的技术方案。日本专利(JP2005046812，2003年7月31日)提出了由碳基导电颗粒与非金属不导电颗粒混合组成滤层的技术方案。国际专利(WO2005014887，2004年8月4日)提出了在非金属基体上涂层金刚石导电膜的颗粒材料。上述导电颗粒作为滤料的共同特征是滤料的比表面积小，滤层易于堵塞。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔导电颗粒滤料及其制作方法，使所制备的导电颗粒滤料具有比表面积大、导电性好，反应物质易于向电极表面传质等特点，从而进一步提高三维电极滤床的电化学反应速率和空间效率。
本发明的技术方案如下：
一种多孔导电颗粒滤料，其特征在于：所述的多孔导电颗粒滤料由金属丝簧作为骨架，经缠绕、压制制成，外形呈球状或近似球状。
本发明所述多孔导电颗粒滤料的粒径为2.5～5.0毫米，当量孔径在100μm范围内，堆积密度在1500～1600kg/m3范围内，孔隙率在80～90％范围内。
本发明所述的金属丝簧的金属丝的当量直径为0.1～1.0mm，螺距为0.18～1.25mm，金属丝簧的外径为0.5～1.0mm。金属丝簧的金属丝的当量直径为0.1～1.0mm，金属丝簧的金属丝横断面为圆形、椭圆形或矩形。
本发明还提供了一种所述多孔导电颗粒滤料的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)首先将两股螺距为0.18～1.25mm、外径为0.5～1.0mm的金属丝簧1并行缠绕在一条直径为0.8～1.5mm的中轴3上拧转，制成二次丝簧2)；
2)将两股制成的二次丝簧(2)互相缠绕，制成紧密丝簧束(4)；
3)将紧密丝簧束(4)截断成长0.5～1.0mm的圆柱体小段，制成多孔导电颗粒滤料的预成型颗粒(5)；
4)使用单冲压片机(6)将预成型颗粒(5)沿轴向冲压，即制成多孔导电颗粒滤料。
上述制备方法，所述的中轴(3)的直径为0.8～1.5mm。金属丝簧的金属丝当量直径为0.1～1.0mm，金属丝断面为圆形、椭圆形或矩形。
本发明与现有技术相比，具有以下有及突出性效果：
现有技术中采用三维电极填料的制作工艺生产的颗粒材料，其电化学反应均发生在电极颗粒表面，而颗粒内部空间得不到充分利用，导致三维电极滤床比表面积相对较小。而本发明采用缠绕制粒法，使用金属丝作为骨架制作多孔导电颗粒滤料，使滤料颗粒为多孔结构，比表面积大、导电性好，反应物质易于向电极表面传质，可进一步提高三维电极滤床的电化学反应速率和空间效率。
附图说明
图1为多孔导电颗粒滤料示意图。
图2为二次丝簧缠绕过程示意图。
图3为紧密丝簧束缠绕过程示意图。
图4为单冲压片机冲压预成型颗粒示意图。
其中：1—金属丝簧；2—二次丝簧；3—中轴；4—紧密丝簧束；5—预成型颗粒；6—单冲压片机；7—导电颗粒滤料。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明提供的多孔导电颗粒滤料如图1所示，所述的多孔导电颗粒滤料7由金属丝簧1作为骨架，经缠绕、压制制成，外形呈球状或近似球状。多孔导电颗粒滤料的粒径为2.5～5.0毫米，当量孔径在50～100μm范围内，堆积密度在1500～1600kg/m3范围内，孔隙率在80～90％范围内。金属丝簧的金属丝的当量直径为0.1～1.0mm，螺距为0.18～1.25mm，金属丝簧的外径为0.5～1.0mm。金属丝簧的金属丝的当量直径为0.1～1.0mm，金属丝簧的金属丝横断面为圆形、椭圆形或矩形。
图2、图3和图4表示出了上述多孔导电颗粒滤料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
1)首先将两股螺距为0.18～1.25mm、外径为0.5～1.0mm的金属丝簧1并行缠绕在一条直径为0.8～1.5mm的中轴3上拧转，制成二次丝簧2；
2)将两股制成的二次丝簧2互相缠绕，制成紧密丝簧束4；
3)将紧密丝簧束4截断成长0.5～1.0mm的圆柱体小段，制成多孔导电颗粒滤料的预成型颗粒5；
4)使用单冲压片机6将预成型颗粒5沿轴向冲压，即制成多孔导电颗粒滤料。
上述制备方法，所述的中轴3的直径为0.8～1.5mm。金属丝簧的金属丝当量直径为0.1～1.0mm，其材料可为纯金属或合金，金属丝断面为圆形、椭圆形或矩形。
采用以上方法即可将金属丝制成多孔导电颗粒滤料，具有导电性能好、比表面积大的优点，将其作为三维电极填料，可进一步提高三维滤床的电化学反应速率和空间效率。可用于饮用水电化学除氟。
下面举出一个具体的实例：
三种不同规格多孔导电颗粒滤料规格如下：
Claims (3)
1.一种多孔导电颗粒滤料，其特征在于：所述的多孔导电颗粒滤料(7)由金属丝簧(1)作为骨架，经缠绕、压制制成，外形呈球状或近似球状；该滤料由两股螺距为0.18～1.25mm、外径为0.5～1.0mm的金属丝簧并行缠绕在一条直径为0.8～1.5mm的中轴上拧转，制成二次丝簧，将二次丝簧互相缠绕，制成紧密丝簧束，然后将紧密丝簧束截断成长0.5～1.0mm的圆柱体小段，制成多孔导电颗粒滤料的预成型颗粒，使用单冲压片机将预成型颗粒沿轴向冲压，即制成所述的多孔导电颗粒滤料。
2.按照权利要求1所述的一种多孔导电颗粒滤料，其特征在于：所述多孔导电颗粒滤料的粒径为2.5～5.0毫米，当量孔径在50μm～100μm范围内，堆积密度在1500～1600kg/m3范围内，孔隙率在80～90％范围内。
3.按照权利要求1所述的一种多孔导电颗粒滤料，其特征在于：金属丝簧的金属丝的当量直径为0.1～1.0mm，金属丝簧的金属丝横断面为圆形、椭圆形或矩形。
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