CN104150568B

CN104150568B - 一种催化微电解材料及其制备方法

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Publication number: CN104150568B
Application number: CN201410399005.6A
Authority: CN
Inventors: 刘理方
Original assignee: 刘理方
Current assignee: Hunan blue environmental technology limited liability company
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: CN104150568A

Abstract

本发明公开了一种重金属污水及其他废水处理的催化微电解材料及其制备方法。本发明通过将粒径小于40目、重量百分比为65～85％的铁粉，粒径小于80目、重量百分比为7～25％的石墨粉，粒径小于100目、重量百分比为3～10％的二氧化锰，粒径小于120目、重量百分比为0.01～0.09％的催化剂均匀混合，加水将混合物放入造粒机造成颗粒状材料，自然晾干后隔绝空气加热，即制得催化微电解材料。本发明的催化微电解材料具有高活性、高比表面及原电池和碱性电池反应效应，并能有效防止废水PH值增大及微电解作用减弱，彻底解决材料表面钝化和板结的问题。

Description

一种催化微电解材料及其制备方法

技术领域

本发明属于环保工程及化工领域，具体涉及一种重金属污水及其他废水处理的催化微电解材料及其制备方法。

背景技术

20世纪80年代微电解技术引入到我国以来，在重金属、染料、石油化工、制药、农药等废水处理有广泛应用。对生物难以处理废水进行预处理，从而实现有机污染物开环、断链，重金属去除，提高废水可生化性，有利于后续生物处理。

铁碳微电解工艺用于废水处理过程中，运行一段时间后，随着PH值不断上升，铁碳微电解作用减弱，放电作用减弱，对有机污染物的降解减弱，往往达不到理想效果。如何保证微电解作用持续、稳定放电，甚至提高反应速度是今后微电解技术发展的关键所在。

微电解法是利用金属腐蚀原理形成的原电池，通过一系列过程和作用对废水中有机污染物、重金属进行电化学处理。在含有传导性的电解溶液中，铁粉和碳粒会形成无数个微小的原电池，在其作用空间形成电场。铁碳原电池反应机理如下：

酸性条件下：

阳极：Fe-2e→Fe²⁺；

阴极：2H^﹢+2e→H₂；

有氧存在条件下：

O₂+4H^﹢+4e→2H₂O；

O₂+2H₂O+4e→4OH^-；

从以上反应式可看到，电极上产生的新生态的氢起还原作用，电极上产生的新生态的铁离子起混凝作用。在有氧和碱性条件下会形成新生态的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃，它们是极好的胶体絮凝剂，比一般絮凝剂水解得到的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃吸附能力强。废水中的悬浮物和构成色度的不溶性染料可被其吸附凝聚。

然而，大量实验结果表明铁碳微电解还存在许多缺陷，表现在：运行一段时间后，填料表面形成钝化膜，易结块，出现沟流现象，从而导致填料和废水的有效接触面积减小，处理效果降低。因此，预防和解决填料表面钝化和板结问题是今后微电解技术发展关键所在。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种催化微电解材料即CMEC，本发明的CMEC具有高活性、高比表面及原电池和碱性电池反应效应，并能有效防止废水PH值增大及微电解作用减弱，彻底解决材料表面钝化和板结的问题。

本发明的催化微电解材料，由以下重量比的原料制备而成：粒径小于40目、重量百分比为65～85％的铁粉，粒径小于80目、重量百分比为7～25％的石墨粉，粒径小于100目、重量百分比为3～10％的二氧化锰，粒径小于120目、重量百分比为0.01～0.09％的催化剂。

具体地说，所述催化剂为CuCl₂。

本发明的目的之一在于提供上述催化微电解材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)准备如下原料：粒径小于40目、重量百分比为65～85％的铁粉，粒径小于80目、重量百分比为7～25％的石墨粉，粒径小于100目、重量百分比为3～10％的二氧化锰，粒径小于120目、重量百分比为0.01～0.09％的催化剂；

(2)将步骤(1)所述重量百分比的原料用混料机均匀混合；

(3)加水将混合物放入造粒机造成Φ3～8mm或Φ8～20mm颗粒状材料；

(4)将步骤(3)所述述颗粒状材料放在地上自然晾干；

(5)将晾干后的颗粒状材料隔绝空气在900℃～1200℃加热100～120min；

(6)待颗粒状材料焙烧结束，自然冷却后，制得催化微电解材料即CMEC。具体地说，所述催化剂为CuCl₂。

本发明工艺简单，易于工业化生产，相比于现有技术，具有如下优点：

(1)本发明制备的CMEC具有多孔球形结构形状，有效增加材料比表面，利于原电池和碱性电池反应；

(2)本发明制备CMEC过程中添加催化剂，有效地促进CMEC的原电池和碱性电池反应效率，并有效防止表面钝化；

(3)本发明制备的CMEC通过高温烧结，其强度增大，在反应过程中能保持固有的形态而不破碎，有效防止板结、沟流现象；

(4)本发明制备的CMEC，依据原电池和碱性电池反应机理，不论是在酸性条件下还是碱性条件下都能保证微电解作用，持续稳定放电。有效防止CMEC运行一段时间后PH值不断上升，废水从酸性变成碱性，微电解作用减弱，放电作用减弱。其反应机理是：

在酸性条件下：

阳极：Fe-2e→Fe²⁺；

阴极：2H^﹢+2e→H₂；

在碱性条件下：

阳极：Fe+2OH^﹣-2e→Fe(OH)₂；

阴极：MnO₂+H₂O+e→MnO(OH)+OH^﹣；

MnO(OH)+OH^﹣+H₂O→Mn(OH)₄ ^-；

Mn(OH)₄ ^-+e→Mn(OH)₄ ^2-。

附图说明

图1为本发明制备方法的工艺流程框图。

图2为本发明制得的CMEC对废水处理的工艺流程示意图。

图3为本发明实施例1制得的CMEC处理废水前后的Cu浓度波动对比图。

图4为本发明实施例1制得的CMEC处理废水前后的Pb浓度波动对比图。

图5为本发明实施例1制得的CMEC处理废水前后的Cd浓度波动对比图。

图6为本发明实施例1制得的CMEC处理废水前后的Zn浓度波动对比图。

图7为本发明实施例2制得的CMEC处理废水前后的COD浓度波动对比图。

图8为本发明实施例3制得的CMEC处理废水前后的As浓度波动对比图。

图9为本发明实施例4制得的CMEC处理废水前后的TI浓度波动对比图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例1：

参见图1所示的工艺流程框图，将粒径小于40目的铁粉、粒径小于80目的石墨粉、粒径小于100目的二氧化锰、粒径小于120目的催化剂CuCl₂为原料，按如下重量百分比量取：铁粉:石墨粉:二氧化锰:CuCl₂＝65％∶25％∶9.01％∶0.09％，放入混料机混合均匀，进入造粒机造粒成Φ3～8mm或Φ8～20mm球状颗粒。晾干后放入高温炉隔绝空气在900℃～1200℃加热100～120min，待材料焙烧结束后，自然冷却制得CMEC。

将上述实施例制备的CMEC对某冶炼厂废水进行处理，其处理工艺流程如图2所示。处理效果如下表：

上表中处理废水前后的Cu浓度波动对比、Pb浓度波动对比、Cd浓度波动对比、Zn浓度波动对比分别如图3、图4、图5、图6所示。

实施例2：

将粒径小于40目的铁粉、粒径小于80目的石墨粉、粒径小于100目的二氧化锰、粒径小于120目的催化剂CuCl₂为原料，按如下重量百分比量取：铁粉:石墨粉:二氧化锰:CuCl₂＝75％∶15％∶9.95％∶0.05％，放入混料机混合均匀，进入造粒机造粒成Φ3～8mm或Φ8～20mm球状颗粒。晾干后放入高温炉隔绝空气在900℃～1200℃加热100～120min，待材料焙烧结束后，自然冷却制得CMEC。

运用实施例2制备的CMEC和工艺对某颜料厂废水处理的效果如下表：

上表中处理废水前后COD的浓度波动对比如图7所示。

实施例3：

将粒径小于40目的铁粉、粒径小于80目的石墨粉、粒径小于100目的二氧化锰、粒径小于120目的催化剂CuCl₂为原料，按如下重量百分比量取：铁粉:石墨粉:二氧化锰:CuCl₂＝85％∶7％∶7.99％∶0.01％，放入混料机混合均匀，进入造粒机造粒成Φ3～8mm或Φ8～20mm球状颗粒。晾干后放入高温炉隔绝空气在900℃～1200℃加热100～120min，待材料焙烧结束后，自然冷却制得CMEC。

运用实施例3制备的CMEC和工艺对某电镀厂废水中As处理的效果如下表：

原水和出水中重金属As检测数据

上表中处理废水前后As的浓度波动对比如图8所示。

实施例4：

将粒径小于40目的铁粉、粒径小于80目的石墨粉、粒径小于100目的二氧化锰、粒径小于120目的催化剂CuCl₂为原料，按如下重量百分比量取：铁粉:石墨粉:二氧化锰:催化剂(CuCl₂)＝81％∶15％∶3.91％∶0.09％，放入混料机混合均匀，进入造粒机造粒成Φ3～8mm或Φ8～20mm球状颗粒。晾干后放入高温炉隔绝空气在900℃～1200℃加热100～120min，待材料焙烧结束后，自然冷却制得CMEC。

运用实施例4制备的CMEC和工艺对某冶炼厂废水中Tl处理的效果如下表：

原水和出水中重金属Tl检测数据

上表中处理废水前后TI的浓度波动对比如图9所示。

Claims

1.一种催化微电解材料，其特征在于由以下重量比的原料制备而成：粒径小于40目、重量百分比为65～85%的铁粉，粒径小于80目、重量百分比为7～25%的石墨粉，粒径小于100目、重量百分比为3～10%的二氧化锰，粒径小于120目、重量百分比为0.01～0.09%的催化剂；所述催化剂为CuCl₂。

2.一种如权利要求1所述催化微电解材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）准备如下原料：粒径小于40目、重量百分比为65～85%的铁粉，粒径小于80目、重量百分比为7～25%的石墨粉，粒径小于100目、重量百分比为3～10%的二氧化锰，粒径小于120目、重量百分比为0.01～0.09%的催化剂；

（2）将步骤（1）所述重量百分比的原料用混料机均匀混合；

（3）加水将混合物放入造粒机造成Φ3～8mm或Φ8～20mm颗粒状材料；

（4）将步骤（3）所述颗粒状材料放在地上自然晾干；

（5）将晾干后的颗粒状材料隔绝空气在900℃～1200℃加热100～120min；

（6）待颗粒状材料焙烧结束，自然冷却后，制得催化微电解材料即CMEC。