CN104276629B - 一种粉煤灰基粒子电极及其制备方法 - Google Patents

一种粉煤灰基粒子电极及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三维电极反应器的粉煤灰基粒子电极及其制备方法：由粉煤灰、页岩、成孔剂、活化剂组成，按重量百分比计，干燥细粉煤灰颗粒为50-60%、干燥细页岩为10-20%、成孔剂为10-20%、活化剂为10-20%。本发明的粉煤灰粒子电极多孔，且孔径大，具有很大的比表面积，很强的吸附性、导电性和催化性是一种新型高效的粒子电极，用作废水处理时，能将有机物快速分解为小分子有机物或者彻底矿化，COD去除率大于90%，从而提高废水的可生化性。本发明提供的一种粉煤灰基粒子电极及其制备方法，充分利用工业废弃物——粉煤灰，既可以变废为宝,又可以减少环境的污染、解决土地占用等问题。

Description

一种粉煤灰基粒子电极及其制备方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种用于处理城市污水中难降解有机物的粉煤灰基粒子电极及其制备方法。
背景技术
三维电极是一种新型的高级氧化方法，其反应区域不再局限于电极的简单几何表面上，而是在整个床层的三维空间表面上进行，尤其适用于降解反应速率低或系统中极限电流密度小的反应体系。粒子电极的性能显著影响三维电极反应器的处理效果，对于三维电极体系，为了提高电流效率，在深入了解三维电极催化反应机理的基础上，设计及制备在常温常压条件下具有良好的导电性、吸附性和催化性能粒子电极是今亟待解决的关键问题。
粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉排除的一种工业废渣。粉煤灰的主要成分是硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠等的氧化物和部分碳粒，同时还有微量元素，这些元素恰恰也是粒子电极的主要成份。因此利用粉煤灰中的这些可利用元素来合成高效、环保的粒子电极，用于处理城市污水，可使粉煤灰得到有效利用，从而达到“以废治废”的目的，获得良好的经济效益。
发明内容
本发明从“以废治废”的目的出发，提供一种粉煤灰基粒子电极及其制备方法。本发明所提供的粒子电极材料作为三维电极反应器的工作电极，可有效降解废水中的有机物，且电流效率高，能耗低。
一种粉煤灰基粒子电极，按照重量百分比计，干燥细粉煤灰颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。
所述成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。
所述活化剂可以是Fe3O4、Fe2O3、MnO2、ZnO中的一种。
所述粉煤灰是火力发电厂燃煤锅炉排除的一种工业废渣。
上述粉煤灰基粒子电极的制备方法，包括如下步骤：
A、粉煤灰颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细粉煤灰颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细粉煤灰颗粒、步骤B中的干燥细页岩、成孔剂和活化剂按照一定的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h,然后以60℃/h升至550℃，活化10-30min,再以300℃/h升至1050℃焙烧10-30min，自然冷却至室温，得到粉煤灰基粒子电极材料。
按照重量百分比计，干燥细粉煤灰颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。
所述成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。
所述活化剂可以是Fe3O4、Fe2O3、MnO2、ZnO中的一种。
通过上述制备方法制备的粉煤灰基粒子电极，取固体废弃物粉煤灰为原料。粉煤灰中含有多种碱性氧化物（CaO、Al2O3等），制作成粒子电极后在与废水接触后能溶出部分碱性物，与成孔剂混合在一起后，能够产生良好的化学反应，使颗粒表面形成多孔状态，因而对废水中的污染物质具有较好的吸附、去除作用，而且冶炼生铁过程中产生的废弃物粉煤灰，其堆放不仅需要资金和大面积堆场，污染环境。利用粉煤灰制作三维电极用的粒子催化电极，可以变废为宝，减少环境的污染、土地的占用等问题。
本发明提供的粉煤灰基粒子电极及其制备方法，符合当前国家节能减排的环保政策。制备的粒子电极多孔，且孔径大，具有很大的比表面积、很强的吸附性能、良好的导电性和催化性能是一种新型高效的粒子电极。
以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例一：
A、粉煤灰颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细粉煤灰颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细粉煤灰颗粒、步骤B中的干燥细页岩、炭粉和Fe3O4按照50%:20%:20%:10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h,然后以60℃/h升至550℃，活化20min,再以300℃/h升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到粉煤灰基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的粉煤灰基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到95%。
实施例二：
A、粉煤灰颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细粉煤灰颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细粉煤灰颗粒、步骤B中的干燥细页岩、锯末屑和Fe2O3按照55%:15%:15%:15%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h,然后以60℃/h升至550℃，活化20min,再以300℃/h升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到粉煤灰基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的粉煤灰基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到94%。
实施例三：
A、粉煤灰颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细粉煤灰颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细粉煤灰颗粒、步骤B中的干燥细页岩、淀粉和MnO2按照60%:15%:15%:10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h,然后以60℃/h升至550℃，活化20min,再以300℃/h升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到粉煤灰基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的粉煤灰基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到94%。
实施例四：
A、粉煤灰颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细粉煤灰颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细粉煤灰颗粒、步骤B中的干燥细页岩、淀粉和MnO2按照60%:10%:10%:20%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h,然后以60℃/h升至550℃，活化20min,再以300℃/h升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到粉煤灰基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的粉煤灰基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到96%。
实施例五：
A、粉煤灰颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细粉煤灰颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细粉煤灰颗粒、步骤B中的干燥细页岩、聚乙烯醇(PVA)和ZnO按照55%:15%:20%:10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h,然后以60℃/h升至550℃，活化20min,再以300℃/h升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到粉煤灰基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的粉煤灰基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到96%。
实施例六：
A、粉煤灰颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细粉煤灰颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细粉煤灰颗粒、步骤B中的干燥细页岩、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和ZnO按照55%:15%:20%:10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h,然后以60℃/h升至550℃，活化20min,再以300℃/h升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到粉煤灰基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的粉煤灰基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到97%。
实施例七：
A、粉煤灰颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细粉煤灰颗粒备用；
B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；
C、将步骤A中的干燥细粉煤灰颗粒、步骤B中的干燥细页岩、聚苯乙烯和ZnO按照55%:10%:15%:20%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h,然后以60℃/h升至550℃，活化20min,再以300℃/h升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到粉煤灰基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的粉煤灰基粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml印染废水45min，CODcr去除率达到94%。

Claims (3)

1.一种粉煤灰基粒子电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
A、粉煤灰颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细粉煤灰颗粒；
B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩；
C、将步骤A中的干燥细粉煤灰颗粒、步骤B中的干燥细页岩、成孔剂和活化剂按照一定的重量百分比，包括干燥细粉煤灰颗粒50-60%、干燥细页岩10-20%、成孔剂10-20%、活化剂10-20%，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；
D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；
E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h，然后以60℃/h升至550℃，活化10-30min,再以300℃/h升至1050℃焙烧10-30min，自然冷却至室温，得到粉煤灰基粒子电极材料。
2.如权利要求1所述的粉煤灰基粒子电极的制备方法，其特征在于：所述成孔剂是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。
3.如权利要求1所述的粉煤灰基粒子电极的制备方法，其特征在于：所述活化剂是Fe3O4、Fe2O3、MnO2、ZnO中的一种。
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