CN103641233A - 一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，属于水处理技术领域。采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，包括塑料瓶的切割、低温等离子体改性和微细铁氧体粉末喷涂。具体制备过程是：先将废塑料瓶切成细条状塑料，然后采用介质阻挡放电等离子体发生器产生低温等离子体对细条状塑料进行改性，最后利用空气流将微细铁氧体粉末喷涂在细条状塑料表面，形成塑料磁性填料。磁性填料的原料为废塑料瓶、重金属离子废水处理产物磁性铁氧体，成本低，实现了固体废物的资源化；磁性填料表面具有较高的生物亲和性，易于挂膜，处理污水的效率高。

Description

一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法。
背景技术
随着经济的发展，塑料产量和用量都不断增加，产生的废塑料也日益增多；废塑料往往具有耐腐蚀、不易分解等特性，不仅严重污染环境，甚至危害人体健康。对废塑料进行资源化利用，不仅可以保护环境，而且还能变废为宝，节约资源。目前，废塑料的综合利用途径主要有：加工成塑料原料、燃料化利用、热解制油、生产建筑材料等。但在以上利用过程中，往往需要消耗较多的能源，成本高。
在废塑料中，塑料瓶比如矿泉水瓶、果汁饮料瓶等占有较大的比重，而且随着人们生活水平的提高，废塑料瓶的产生量还在逐渐增加。专利申请号为201110395663.4，名称为一种由废旧塑料生产的磁性塑料，公开了由废旧塑料、磁粉、电气石粉和塑料添加剂组成的磁性塑料，具体公开了其配比，另外，采用此种塑料主要是用作保健品。另外，该发明专利申请中，没有公开利用废旧塑料生产磁性塑料的方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的废旧塑料瓶重新利用的成本高，能源消耗大的技术问题，本发明提出了一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，是通过低温等离子体改性、微细铁氧体粉末喷涂等工艺，将废塑料瓶制备成生物填料，作为生物接触氧化、膜生物反应器等工艺中的微生物载体。
本发明所采用的技术方案如下：
本发明采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，包括废塑料瓶的切割、低温等离子体改性和微细铁氧体粉末喷涂。具体制备过程是：先将废塑料瓶切成细条状塑料，然后采用介质阻挡放电等离子体发生器产生低温等离子体对细条状塑料进行改性，最后利用空气流将微细铁氧体粉末喷涂在细条状塑料表面，形成塑料磁性填料。
其中，所述的细条状塑料由刀片手工切割或切割机切割，长度与废塑料瓶高度相当，宽度为3-6mm，厚度与废塑料瓶壁厚度相当。
所述的介质阻挡放电等离子体发生器由不锈钢中心电极、绝缘介质层和外壳金属电极组成。其中不锈钢中心电极位于介质阻挡放电等离子体发生器的中心，直径为15-20mm，与高压电源的高压端相连；绝缘介质层为石英玻璃管，壁厚为1-3mm，内径为19-30mm；外壳金属电极材质为导电金属，内径与绝缘介质层的外径相当，厚度为0.5-1.5mm，与高压电源的地端相连；绝缘介质层与不锈钢中心电极之间为放电区，放电区长度为220-260mm，绝缘介质层与不锈钢中心电极之间的间隙为2-5mm。
所述介质阻挡放电等离子体发生器的工作气体为空气、氧气、二氧化碳及水蒸气中的一种；工作气体由同径三通管给入介质阻挡放电等离子体发生器，三通管一端接等离子体发生器的进气口，一端连接工作气体，第三端连接微细铁氧体粉末。
制备磁性填料时，打开同径三通管的工作气体阀门，将工作气体通入介质阻挡放电等离子体发生器，然后将介质阻挡放电等离子体发生器接通高压电源。在高压电源的作用下，介质阻挡放电等离子体发生器中产生低温等离子体，并在工作气体的推动下排出等离子体发生器。将细条状塑料放在等离子体发生器的出口处，在低温等离子体的作用下被改性。改性结束后，关闭同径三通管的工作气体阀门，立即打开同径三通管的微细铁氧体粉末阀门，在空气流的作用下将微细铁氧体粉末喷涂在细条状塑料表面，就可以形成所述的磁性填料。
其中所述的工作气体流量为0.1-0.15m3/h；所述的高压电源电压为14-30kV、频率为30-50kHz，低温等离子体改性时间大于3min，以细条状塑料表面软化并能粘附微细铁氧体粉末为宜。所述的微细铁氧体粉末给入量为2-4g/s，在细条状塑料表面的喷涂时间为6-10s。
所述的微细铁氧体粉末来自重金属离子废水的处理过程，其制备方法如下：
采用常温铁氧体法处理重金属离子废水，向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比大于2，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比大于7.5，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比范围在1.3-1.8之间；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的pH值调节至10以上，常温下反应6-8分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化。其中所述的重金属离子废水中可以含铜离子、锰离子或其他重金属离子，所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾等。陈化30-60分钟以后，混合液中的沉渣转化为黑色的磁性铁氧体，再进行过滤；然后将过滤所得磁性铁氧体放在干燥箱中干燥2-4小时，干燥温度为30-40℃；最后将干燥的磁性铁氧体进行研磨，过400目筛后就可以得到需要的微细铁氧体粉末。
本发明的有益效果是：
1.磁性填料的原料为废塑料瓶、重金属离子废水处理产物磁性铁氧体，成本低，实现了固体废物的资源化；
2.磁性填料表面具有较高的生物亲和性，易于挂膜，处理污水的效率高。
3、本发明既可综合利用固体废物-废塑料、减轻环境污染，同时利用过程中消耗能源少，降低了综合利用的成本。
附图说明
图1是同径三通管示意图。
图2是介质阻挡放电等离子体发生器剖视图。
图3是介质阻挡放电等离子体发生器侧视图。
图中：1.工作气体进口；2.微细铁氧体粉末进口；3.与介质阻挡放电等离子体发生器进气口连接端；4.工作气体阀门；5.微细铁氧体粉末阀门；6.外壳金属电极；7.绝缘介质层；8.放电区；9.不锈钢中心电极；10.介质阻挡放电等离子体发生器进气口；11.介质阻挡放电等离子体发生器出气口。
具体实施方式
下面结合附图,通过实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
以废塑料瓶为原料采用以下方法制备磁性填料。
先将废塑料瓶沿纵向切成细条状塑料，然后采用介质阻挡放电等离子体发生器产生低温等离子体对细条状塑料进行改性，最后利用空气流将微细铁氧体粉末喷涂在细条状塑料表面，形成塑料磁性填料。
其中，所述的细条状塑料由刀片手工切割，长度与废塑料瓶高度相当，宽度为3mm，厚度与废塑料瓶壁厚度相当。
如图2和图3所示，所述的介质阻挡放电等离子体发生器由不锈钢中心电极9、绝缘介质层7和外壳金属电极6组成。其中不锈钢中心电极9位于介质阻挡放电等离子体发生器的中心，直径为16mm，与高压电源的高压端相连；绝缘介质层7为石英玻璃管，壁厚为1mm，内径为22mm；外壳金属电极6材质为导电金属，内径与绝缘介质层7的外径相当，厚度为0.5mm，与高压电源的地端相连；绝缘介质层7与不锈钢中心电极9之间为放电区8，放电区8长度为220mm，绝缘介质层7与不锈钢中心电极9之间间隙为3mm。
所述介质阻挡放电等离子体发生器的工作气体为空气；工作气体由同径三通管给入介质阻挡放电等离子体发生器，三通管一端与介质阻挡放电等离子体发生器进气口连接端3接等离子体发生器的进气口，一端工作气体进口1连接工作气体，第三端微细铁氧粉末进口2连接微细铁氧体粉末。其中同径三通管的工作气体进气口1处设有工作气体阀门4；微细铁氧粉末进口2处设有微细铁氧粉末阀门5。
微细铁氧体粉末来自重金属离子废水的处理过程，其制备方法如下：
采用常温铁氧体法处理重金属离子废水，向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比为3，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比为8，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比为1.4；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的pH值调节至11，常温下反应6分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化。其中所述的重金属离子废水中含铜离子、锰离子，所述的强碱为氢氧化钠。陈化40分钟以后，混合液中的沉渣转化为黑色的磁性铁氧体，再进行过滤；然后将过滤所得磁性铁氧体放在干燥箱中干燥2小时，干燥温度为30℃；最后将干燥的磁性铁氧体进行研磨，过400目筛后就可以得到需要的微细铁氧体粉末。
制备磁性填料时，打开同径三通管的工作气体阀门4，将工作气体通入介质阻挡放电等离子体发生器，然后将介质阻挡放电等离子体发生器接通高压电源。在高压电源的作用下，介质阻挡放电等离子体发生器中产生低温等离子体，并在工作气体的推动下排出等离子体发生器。将细条状塑料放在等离子体发生器的出口处，在低温等离子体的作用下被改性。改性结束后，关闭同径三通管的工作气体阀门4，立即打开同径三通管的微细铁氧体粉末阀门5，在空气流的作用下将微细铁氧体粉末喷涂在细条状塑料表面，就形成所述的磁性填料。
其中所述的工作气体流量为0.1m3/h；所述的高压电源电压为15kV、频率为30kHz，低温等离子体改性时间为5min。所述的微细铁氧体粉末给入量为2g/s，在细条状塑料表面的喷涂时间为10s。
实施例2
以废塑料瓶为原料采用以下方法制备磁性填料。
先将废塑料瓶沿纵向切成细条状塑料，然后采用介质阻挡放电等离子体发生器产生低温等离子体对细条状塑料进行改性，最后利用空气流将微细铁氧体粉末喷涂在细条状塑料表面，形成塑料磁性填料。
其中，所述的细条状塑料由切割机切割，长度与废塑料瓶高度相当，宽度为5mm，厚度与废塑料瓶壁厚度相当。
所述的介质阻挡放电等离子体发生器由不锈钢中心电极9、绝缘介质层7和外壳金属电极6组成。其中不锈钢中心电极9位于介质阻挡放电等离子体发生器的中心，直径为20mm，与高压电源的高压端相连；绝缘介质层7为石英玻璃管，壁厚为2mm，内径为30mm；外壳金属电极6材质为导电金属，内径与绝缘介质层7的外径相当，厚度为1.5mm，与高压电源的地端相连；绝缘介质层7与不锈钢中心电极9之间为放电区8，放电区8长度为260mm，绝缘介质层7与不锈钢中心电极9之间间隙为5mm。
所述介质阻挡放电等离子体发生器的工作气体为二氧化碳；工作气体由同径三通管给入介质阻挡放电等离子体发生器，三通管一端与介质阻挡放电等离子体发生器进气口连接端3接等离子体发生器的进气口，一端工作气体进口1连接工作气体，第三端微细铁氧粉末进口2连接微细铁氧体粉末。其中同径三通管的工作气体进气口1处设有工作气体阀门4；微细铁氧粉末进口2处设有微细铁氧粉末阀门5。
微细铁氧体粉末来自重金属离子废水的处理过程，其制备方法如下：
采用常温铁氧体法处理重金属离子废水，向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比为5，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比为10，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比为1.6；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的pH值调节至12，常温下反应8分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化。其中所述的重金属离子废水中含锌离子、铅离子，所述的强碱为氢氧化钾。陈化60分钟以后，混合液中的沉渣转化为黑色的磁性铁氧体，再进行过滤；然后将过滤所得磁性铁氧体放在干燥箱中干燥4小时，干燥温度为35℃；最后将干燥的磁性铁氧体进行研磨，过400目筛后就可以得到需要的微细铁氧体粉末。
制备磁性填料时，打开同径三通管的工作气体阀门4，将工作气体通入介质阻挡放电等离子体发生器，然后将介质阻挡放电等离子体发生器接通高压电源。在高压电源的作用下，介质阻挡放电等离子体发生器中产生低温等离子体，并在工作气体的推动下排出等离子体发生器。将细条状塑料放在等离子体发生器的出口处，在低温等离子体的作用下被改性。改性结束后，关闭同径三通管的工作气体阀门4，立即打开同径三通管的微细铁氧体粉末阀门5，在空气流的作用下将微细铁氧体粉末喷涂在细条状塑料表面，就可以形成所述的磁性填料。
其中所述的工作气体流量为0.15m3/h；所述的高压电源电压为28kV、频率为45kHz，低温等离子体改性时间为6min。所述的微细铁氧体粉末给入量为4g/s，在细条状塑料表面的喷涂时间为6s。
将实施例1和实施例2所制磁性填料与同尺寸普通聚乙烯填料同时用于三套并联运行处理城市生活污水的生物膜反应器实验装置中，三套装置的结构、尺寸及实验条件等均相同，其中实验条件为：曝气量0.1m3/h，进水pH7.7，温度25℃，水力停留时间8h，填料投加量23%。挂膜一个月后，三套装置出水中主要污染物的去除率如表1所示。
表1三套装置对污水中主要污染物的去除率
Figure BDA0000418734300000061
由表1可以看出，采用本发明磁性填料的生物膜反应器对城市生活污水中主要污染物的去除率明显高于采用普通聚乙烯填料的生物膜反应器。

Claims (9)

1.一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，其特征在于：所述方法包括废塑料瓶的切割、低温等离子体改性和微细铁氧体粉末喷涂；
其按如下步骤进行：
先将废塑料瓶切成细条状塑料，然后采用介质阻挡放电等离子体发生器产生低温等离子体对细条状塑料进行改性，最后利用空气流将微细铁氧体粉末喷涂在细条状塑料表面，形成塑料磁性填料。
2.根据权利要求1所述的一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，其特征在于：采用低温等离子体对细条状塑料进行改性按照下述步骤进行：
（1）打开同径三通管的工作气体阀门，将工作气体通入介质阻挡放电等离子体发生器，然后将介质阻挡放电等离子体发生器接通高压电源；
（2）在高压电源的作用下，介质阻挡放电等离子体发生器中产生低温等离子体，并在工作气体的推动下排出等离子体发生器；
（3）将细条状塑料放在等离子体发生器的出口处，在低温等离子体的作用下被改性。
3.根据权利要求2所述的一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，其特征在于：工作气体流量为0.1-0.15m3/h；所述的高压电源电压为14-30kV、频率为30-50kHz；所述的低温等离子体改性时间大于3min。
4.根据权利要求1所述的一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，其特征在于：将微细铁氧体粉末喷涂在细条状塑料表面按照下述步骤进行：
低温等离子体对细条状塑料表面改性结束后，关闭同径三通管的工作气体阀门，立即打开同径三通管的微细铁氧体粉末阀门，在空气流的作用下将微细铁氧体粉末喷涂在细条状塑料表面。
5.根据权利要求4所述的一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，其特征在于：微细铁氧体粉末给入量为2-4g/s，在细条状塑料表面的喷涂时间为6-10s。
6.根据权利要求1所述的一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，其特征在于：介质阻挡放电等离子体发生器由不锈钢中心电极、绝缘介质层和外壳金属电极组成；不锈钢中心电极位于介质阻挡放电等离子体发生器的中心，直径为15-20mm，与高压电源的高压端相连；所述的绝缘介质层为石英玻璃管，壁厚为1-3mm，内径为19-30mm；所述的外壳金属电极材质为导电金属，内径与绝缘介质层的外径相当，厚度为0.5-1.5mm，与高压电源的地端相连；所述的绝缘介质层与不锈钢中心电极之间为放电区，放电区长度为220-260mm，绝缘介质层与不锈钢中心电极之间间隙为2-5mm。
7.根据权利要求6所述的一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，其特征在于：介质阻挡放电等离子体发生器的工作气体为空气、氧气、二氧化碳或水蒸气中的一种。
8.根据权利要求7所述的一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，其特征在于：工作气体由同径三通管给入介质阻挡放电等离子体发生器，三通管一端接等离子体发生器的进气口，一端连接工作气体，第三端连接微细铁氧体粉末。
9.根据权利要求1和8所述的一种采用废塑料瓶制备磁性填料的方法，其特征在于：微细铁氧体粉末，按照下述步骤进行制备：
（1）采用常温铁氧体法处理重金属离子废水，向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，使废水中二价铁离子与其他二价金属离子的摩尔比大于2，三价铁离子与其他三价金属离子的摩尔比大于7.5，三价金属离子与二价金属离子的摩尔比范围在1.3-1.8之间；然后在搅拌的同时向重金属离子废水中加入强碱，将溶液的pH值调节至10以上，常温下反应6-8分钟，停止搅拌，混合液中形成沉渣，然后进行陈化，其中所述的重金属离子废水中可以含铜离子、锰离子或其他重金属离子，所述的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾等；
（2）陈化30-60分钟以后，混合液中的沉渣转化为黑色的磁性铁氧体，再进行过滤；
（3）将过滤所得磁性铁氧体放在干燥箱中干燥2-4小时，干燥温度为30-40℃；
（4）将干燥的磁性铁氧体进行研磨，过400目筛后就可以得到需要的微细铁氧体粉末。
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