CN103030385B

CN103030385B - 一种净水多孔陶瓷

Info

Publication number: CN103030385B
Application number: CN201210564372.8A
Authority: CN
Inventors: 谭铭卓; 龙德顺
Original assignee: GUANGDONG WEALTH ENVIRONMENTAL PROTECTION Co Ltd
Current assignee: GUANGDONG WEALTH ENVIRONMENTAL PROTECTION Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: CN103030385A

Abstract

本发明公开了一种净水多孔陶瓷。本发明通过还原烧结法制备得到一种新型净水多孔陶瓷，工艺简单、生产成本低，具备大规模工业化生产前景；本发明净水多孔陶瓷的原电池活性功能区具有巨大的比表面积，因此能有效去除污水中的有机物，其水力停留时间短、处理效果好，具有较大的市场潜力。

Description

一种净水多孔陶瓷

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种净水多孔陶瓷。

背景技术

随着工业的迅速发展，许多如印染废水、医药废水、固体废物、填埋场渗沥液等，具有排放量大、污染面广、难生物降解等特点，针对污水中的水溶性有机物，无法用混凝沉淀的方式去除，因此去除这类污水一般采取电解、芬顿氧化、生物发酵等方法，但成本高昂成为该类方法的应用瓶颈。

原电池电解工艺在水处理尤其是生物难降解有机废水处理方面是有效的，且使用成本低，近年来，原电池电解工艺作为一种环境友好型技术在环境污染治理方面越来越受到人们的重视，国内外水处理工作者进行了大量研究。

原电池电解工艺运用不同金属之间的原电池效应，产生氧化电位氧化水中有机物。现有技术一般采用废旧金属脚料、也有用粉末冶金方法熔接不同金属获得原电池装置，这些方法要么获得的功能面积非常小，要么成本高昂。要对污水中有机物获得较好的处理效果，需要极大的原电池处理表面积，故原电池工艺仍然受制于成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种净水多孔陶瓷。

本发明所采取的技术方案是：

一种净水多孔陶瓷，其制备方法包括以下步骤：

1) 将摩尔比为（6～14）：（8～17）的氧化铜和氧化铁研磨混匀，投入水中，制成悬浊液；

2) 向悬浊液中分别加入硅酸钠、聚合氯化铝和致孔剂，搅拌混匀；然后静置反应，生成沉淀；其中硅酸钠和聚合氯化铝的摩尔比为（5～13）：（6～21），聚合氯化铝按其所含氧化铝的摩尔数计算；

3) 反应结束后，弃上清，将沉淀制成球体，干燥后得到料球；

4) 将料球送入窑内，在还原气氛下烧制得到净水多孔陶瓷。

优选的，所用氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝的摩尔比为（6～14）：（8～17）：（5～13）：（6～21）。

所用致孔剂为碳酸氢盐、铵盐或可加热分解出气体的水溶性聚合物。优选的，所用致孔剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、亚硝酸铵、聚丙烯酰胺中的至少一种。

优选的，所用致孔剂为氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的0.1～2%。

优选的，步骤1）中，将氧化铜和氧化铁研磨混匀至300～500目。

优选的，步骤2）中，静置反应0.5～2小时，生成沉淀。

优选的，步骤3）中，将沉淀制成粒径为0.3～5cm的球体。

优选的，步骤4）中，料球于800～1250℃烧制20～40分钟。

本发明的有益效果是：

本发明通过还原烧结法制备得到一种新型净水多孔陶瓷，工艺简单、生产成本低，具备大规模工业化生产前景；本发明净水多孔陶瓷的原电池活性功能区具有巨大的比表面积，因此能有效去除污水中的有机物，其水力停留时间短、处理效果好，具有较大的市场潜力。

附图说明

图1为实施例5净水多孔陶瓷的SEM照片。

具体实施方式

一种净水多孔陶瓷，其制备方法包括以下步骤：

4) 将料球送入窑内，在还原气氛下烧制得到净水多孔陶瓷。

所用致孔剂为碳酸氢盐、铵盐或可加热分解出气体的水溶性聚合物，其中水溶性聚合物选自聚氨酯、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚丙烯酰胺等。据研究和多次实践验证，采用聚丙烯酰胺制备的产品净水效果好、性能最稳定，所以本发明优选为聚丙烯酰胺。碳酸氢盐、铵盐优选为碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵或亚硝酸铵。

优选的，步骤2）中，静置反应0.5～2小时，生成沉淀。

优选的，步骤3）中，将沉淀制成粒径为0.3～5cm的球体。

优选的，步骤4）中，料球于800～1250℃烧制20～40分钟。

上述烧结过程中，料球中的硅酸钠和聚合氯化铝烧结形成铝硅酸盐陶瓷结构，其结构具有高温熔胀性；料球中的致孔剂分解逸出气体，使烧融的料球进一步膨胀并形成多孔结构；同时，还原气氛下，氧化铜和氧化铁被还原成铜和铁，形成原电池结构；最终制备得到净水多孔陶瓷。

当然铝硅酸盐陶瓷结构也可由其他原料来制备，如：水处理混凝沉淀形成的沉淀污泥，化工业排放的赤泥、白泥等，这亦是污泥处置、以废治废的一条新路。但考虑到原料易得、方便调整配比以控制所得产品质量的因素，本发明优选硅酸钠和聚合氯化铝。

下面结合实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

1) 将等摩尔比的氧化铜和氧化铁磨碎至500目混匀，投放至水中并搅拌分散制成悬浊液；

2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺，充分搅拌混匀；然后静置2小时，反应生成沉淀；其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为1:1:1:1，聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算，聚丙烯酰胺按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的0. 1%投放；

3) 反应结束后，滤去上清液，将沉淀污泥取出制成粒径为5cm的球体，静置干燥，得到料球；

4) 将料球送入窑内，在还原气氛下，1200℃烧结20分钟，得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。

实施例2

1) 将摩尔比为6:8的氧化铜和氧化铁磨碎至400目混匀，投放至水中并搅拌分散制成悬浊液；

2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、碳酸氢铵，充分搅拌混匀；然后静置1.5小时，反应生成沉淀；其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为6:8:5:6，聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算，碳酸氢铵按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的0. 5%投放；

3) 反应结束后，滤去上清液，将沉淀污泥取出制成粒径为4cm的球体，静置干燥，得到料球；

4) 将料球送入窑内，在还原气氛下，1250℃烧结20分钟，得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。

实施例3

1) 将摩尔比为10:12的氧化铜和氧化铁磨碎至300目混匀，投放至水中并搅拌分散制成悬浊液；

2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、碳酸铵，充分搅拌混匀；然后静置0.5小时，反应生成沉淀；其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为10:12:12:10，聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算，碳酸铵按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的0. 8%投放；

3) 反应结束后，滤去上清液，将沉淀污泥取出制成粒径为3cm的球体，静置干燥，得到料球；

4) 将料球送入窑内，在还原气氛下，1100℃烧结30分钟，得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。

实施例4

1) 将摩尔比为14:17的氧化铜和氧化铁磨碎至400目混匀，投放至水中并搅拌分散制成悬浊液；

2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、碳酸氢钠，充分搅拌混匀；然后静置1.5小时，反应生成沉淀；其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为14:17:13:21，聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算，碳酸氢钠按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的2%投放；

3) 反应结束后，滤去上清液，将沉淀污泥取出制成粒径为2cm的球体，静置干燥，得到料球；

4) 将料球送入窑内，在还原气氛下，1000℃烧结35分钟，得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。

实施例5

1) 将摩尔比为10:15的氧化铜和氧化铁磨碎至500目混匀，投放至水中并搅拌分散制成悬浊液；

2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺，充分搅拌混匀；然后静置2小时，反应生成沉淀；其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为10:15:10:15，聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算，聚丙烯酰胺按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的1%投放；

3) 反应结束后，滤去上清液，将沉淀污泥取出制成粒径为1cm的球体，静置干燥，得到料球；

4) 将料球送入窑内，在还原气氛下，800℃烧结40分钟，得到具有纳米尺度的净水多孔陶瓷。

图1为所得净水多孔陶瓷的SEM照片，可见该陶瓷含有大量纳米尺度的孔结构，因此能为原电池活性功能区提供巨大的比表面积。

实施例6

1) 将摩尔比为8:13的氧化铜和氧化铁磨碎至400目混匀，投放至水中并搅拌分散制成悬浊液；

2) 分别向悬浊液中投入硅酸钠、聚合氯化铝、亚硝酸铵，充分搅拌混匀；然后静置2小时，反应生成沉淀；其中氧化铜、氧化铁、硅酸钠、聚合氯化铝的投料摩尔比为8:13:8:13，聚合氯化铝的摩尔值按其所含氧化铝的摩尔数计算，亚硝酸铵按氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的1.5%投放；

3) 反应结束后，滤去上清液，将沉淀污泥取出制成粒径为0.5cm的球体，静置干燥，得到料球；

污水处理案例：

一、针对某食品厂污水，将本发明产品作为污水过滤池的底部垫料，厚度为30cm，让污水平缓经过该垫料滤层渗滤，平均水力停留时间为20min。

污水水质及处理后效果如下：

Figure 2012105643728100002DEST_PATH_IMAGE001

可见COD及BOD去除效果良好，去除率可达到80～90%。

二、针对某印染废水，其特点是色度高、碱度大、含有各种有机染料、化学品等。将本发明产品作为污水过滤池的底部垫料，厚度为30cm，让污水平缓经过该垫料滤层渗滤，平均水力停留时间为40min。

废水水质及处理后效果如下：

可见COD及色度去除率良好，在90%左右。

将净水多孔陶瓷作为污水过滤池的底层垫料，污水渗过此滤层时，渗入陶粒内的污水受到原电池电解作用，水溶性有机物被分解。由于本发明净水多孔陶瓷的原电池活性功能区具有很大的比表面积，因此能获得极高的污水深度处理效果。据上述案例可见，本品能有效去除污水中的有机物，水力停留时间短，处理能力高。使用后的陶粒还可以作为建筑填料使用，实现资源的循环利用。同时，本品的制造成本低、工艺简单，因此具备大规模工业化生产前景和市场潜力。

Claims

1.一种净水多孔陶瓷，其制备方法包括以下步骤：

1）将摩尔比为（6～14）：（8～17）的氧化铜和氧化铁研磨混匀，投入水中，制成悬浊液；

2）向悬浊液中分别加入硅酸钠、聚合氯化铝和致孔剂，搅拌混匀；然后静置反应，生成沉淀；其中硅酸钠和聚合氯化铝的摩尔比为（5～13）：（6～21），聚合氯化铝按其所含氧化铝的摩尔数计算；

3）反应结束后，弃上清，将沉淀制成球体，干燥后得到料球；

4）将料球送入窑内，在还原气氛下烧制得到净水多孔陶瓷。

2.根据权利要求1所述的一种净水多孔陶瓷，其特征在于：所用氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝的摩尔比为（6～14）：（8～17）：（5～13）：（6～21）。

3.根据权利要求1所述的一种净水多孔陶瓷，其特征在于：所用致孔剂为碳酸氢盐、铵盐或可加热分解出气体的水溶性聚合物。

4.根据权利要求3所述的一种净水多孔陶瓷，其特征在于：所用致孔剂为碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、亚硝酸铵、聚丙烯酰胺中的至少一种。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种净水多孔陶瓷，其特征在于：所用致孔剂为氧化铜、氧化铁、硅酸钠和聚合氯化铝总重量的0.1～2%。

6.根据权利要求1所述的一种净水多孔陶瓷，其特征在于：步骤1）中，将氧化铜和氧化铁研磨混匀至300～500目。

7.根据权利要求1所述的一种净水多孔陶瓷，其特征在于：步骤2）中，静置反应0.5～2小时，生成沉淀。

8.根据权利要求1、6或7所述的一种净水多孔陶瓷，其特征在于：步骤3）中，将沉淀制成粒径为0.3～5cm的球体。

9.根据权利要求1或2所述的一种净水多孔陶瓷，其特征在于：步骤4）中，料球于800～1250℃烧制20～40分钟。