CN104276811A - 一种高炉冶金渣基粒子电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高炉冶金渣基粒子电极及其制备方法属于废水处理技术领域。本发明以球磨干燥处理后的高炉冶金渣、页岩、成孔剂、活化剂为原料，按一定重量比例混合搅拌均匀，挤压成生料球，进行干燥处理，置于特定温度下加热、活化、焙烧，一段时间后取出，冷却至室温得到成品。本发明制备的高炉冶金渣基粒子电极多孔，比表面积大，具有很好的吸附性能，是一种新型高效的粒子电极。本发明提供的一种高炉冶金渣基粒子电极及其制备方法，充分利用工业废弃物——高炉冶金渣，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

一种高炉冶金渣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高炉冶金渣基粒子电极及其制备方法。
背景技术
高炉冶金渣是钢铁企业在用铁矿石冶炼生铁时排出的废渣，其成分主要由CaO，SiO2，Al2O3，MgO等组成，若不及时处理，大量的冶金矿渣会占用大量土地，造成环境污染，影响企业的正常发展，不符合节约型社会的理念。高炉冶金渣的成分与硅酸盐水泥熟料的相似，潜在活性较高，故一般都是经过适当处理后用作建筑材料，比如用于制造水泥，作为混凝土的掺混料，制作微晶玻璃，也有一些用于制造农用肥等。在水处理领域，由于高炉冶金渣在被排出炉体后往往经过水淬急冷处理，所以形成了无定形的疏松多孔结构，常用于制作水处理吸附剂以去除污水中的重金属离子及磷等。  
三维电极是一种新型的高级氧化方法，粒子电极的性能显著影响三维电极反应器的处理效果，常用的几种粒子电极包括活性炭、金属氧化物以及负载的金属或金属氧化物，然而这些粒子电极存在如下问题：活性炭颗粒的阻抗相对较小，装填于三维电极反应器中运行时容易形成短路电流，从而降低电流效率，并且活性炭粒子在电解过程中还会出现粉化现象；金属氧化物粒子电极在电解过程中会有一些有毒的离子溶出，会成为二次污染物，例如PbO2粒子电极；负载的金属或金属氧化物克服了活性炭粒子电极的缺点，提高了废水处理效果，但也存在负载金属易于脱落等问题。目前，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。
发明内容
本发明的目的是克服上诉粒子电极填料存在的问题，提供一种高炉冶金渣基粒子电极的制备方法。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。
一种高炉冶金渣基粒子电极，按照重量百分比计，干燥细高炉冶金渣颗粒占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。
所述高炉冶金渣是钢铁企业在用铁矿石冶炼生铁时排出的废渣，其成分主要由CaO，SiO2，Al2O3，MgO等组成，是一种工业废弃物。
上述高炉冶金渣基粒子电极的制备方法，包括如下步骤：
A、高炉冶金渣于球磨机中球磨，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，取干燥细高炉冶金渣备用；
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中的干燥细高炉冶金渣、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，得到高炉冶金渣基粒子电极材料。
按照重量百分比计，干燥细高炉冶金渣占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)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高炉冶金渣基粒子电极，取固体废弃物高炉冶金渣为原料。高炉冶金渣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，铁矿石冶炼生铁过程中产生的废弃物高炉冶金渣，其堆放不仅需要资金和大面积堆场，而且污染环境。利用高炉冶金渣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。
本发明提供的高炉冶金渣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，比表面积大，具有很强的吸附性能、导电性能，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、高炉冶金渣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，取干燥细高炉冶金渣颗粒备用；
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中的干燥细高炉冶金渣颗粒、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，得到高炉冶金渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的高炉冶金渣基粒子电极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、高炉冶金渣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，取干燥细高炉冶金渣颗粒备用；
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中的干燥细高炉冶金渣颗粒、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，得到高炉冶金渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的高炉冶金渣基粒子电极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、高炉冶金渣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，取干燥细高炉冶金渣颗粒备用；
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中的干燥细高炉冶金渣颗粒、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，得到高炉冶金渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的高炉冶金渣基粒子电极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、高炉冶金渣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，取干燥细高炉冶金渣颗粒备用；
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中的干燥细高炉冶金渣颗粒、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，得到高炉冶金渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的高炉冶金渣基粒子电极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%。

Claims (7)

1.一种高炉冶金渣基粒子电极，其特征在于：按照重量百分比计，包括干燥细高炉冶金渣颗粒50-60%、干燥细页岩10-20%、成孔剂10-20%、活化剂10-20%。
2.如权利要求1所述的高炉冶金渣基粒子电极，其特征在于：成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇( PVA)颗粒中的一种。
3.如权利要求1所述的高炉冶金渣基粒子电极，其特征在于：活化剂可以是Fe3O4、Fe2O3、MnO2、ZnO中的一种。
4.一种高炉冶金渣基粒子电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
A、高炉冶金渣于球磨机中球磨，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，取干燥细高炉冶金渣；
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中的干燥细高炉冶金渣、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，得到高炉冶金渣基粒子电极材料。
5.如权利要求4所述的高炉冶金渣基粒子电极的制备方法，其特征在于：按照重量百分比计，干燥细高炉冶金渣占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。
6.如权利要求4所述的高炉冶金渣基粒子电极的制备方法，其特征在于：所述成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇( PVA)颗粒中的一种。
7.如权利要求4所述的高炉冶金渣基粒子电极的制备方法，其特征在于：所述活化剂可以是Fe3O4、Fe2O3、MnO2、ZnO中的一种。
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