CN104276843A - 一种硫铁矿焙烧渣基粒子电极及其制备方法 - Google Patents

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冯岩
柳宗亮
冯升
范丽莎
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Abstract

本发明涉及一种三维电极反应器的硫铁矿焙烧渣基粒子电极及其制备方法：由硫铁矿焙烧渣、页岩、成孔剂、活化剂组成，按重量百分比计，干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒为50-60%、干燥细页岩为10-20%、成孔剂为10-20%、活化剂为10-20%。利用硫铁矿焙烧渣制备硫铁矿焙烧渣基粒子电极，不仅可以充分利用硫铁矿焙烧渣中的有效成分，而且有效开辟出硫铁矿焙烧渣减量化、资源化的新途径，消除其所带来的环境污染问题，减少占地面积。本发明提供的硫铁矿焙烧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，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。

Description

一种硫铁矿焙烧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硫铁矿焙烧渣基粒子电极及其制备方法。
背景技术
硫铁矿焙烧渣是采用硫铁矿或含硫尾砂做原料生产硫酸过程中所排出的一种废渣。我国每年有数百万吨烧渣排出，烧渣中一般含铁在30%-50%左右．还含有一定量的铜、铅、锌、银、金及其它稀贵元素和放射性元素，其中一些氧化物恰恰也是粒子电极制备的活化促进剂成分。因此利用硫铁矿焙烧渣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，可使硫铁矿焙烧渣得到有效利用，从而达到“以废治废”的目的，获得良好的经济效益。
发明内容
本发明的目的是以硫铁矿焙烧渣为基质，提供一种硫铁矿焙烧渣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。
一种硫铁矿焙烧渣基粒子电极，按照重量百分比计，干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒占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。
所述硫铁矿焙烧渣采用硫铁矿或含硫尾砂做原料生产硫酸过程中所排出的一种废渣，是一种工业废弃物。
上述硫铁矿焙烧渣基粒子电极的制备方法，包括如下步骤：
A、硫铁矿焙烧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，取干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒备用；
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中的干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒、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，得到硫铁矿焙烧渣基粒子电极材料。
按照重量百分比计，干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒占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。
通过上述制备方法制备的硫铁矿焙烧渣基粒子电极，取固体废弃物硫铁矿焙烧渣为原料。硫铁矿焙烧渣中含有多种氧化物，其中Fe2O3、Fe3O4和FeO的含量较高，这些氧化物恰恰也是粒子电极制备的活化促进剂成分。硫铁矿焙烧渣基粒子电极颗粒表面粗燥，对废水中的污染物质具有较好的吸附、去除作用。而且，硫铁矿焙烧渣的堆放不仅需要资金和大面积堆场，而且污染环境。利用硫铁矿焙烧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。
本发明提供的硫铁矿焙烧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，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、硫铁矿焙烧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，取干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒备用；
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中的干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒、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，得到硫铁矿焙烧渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的硫铁矿焙烧渣基粒子电极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、硫铁矿焙烧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，取干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒备用；
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中的干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒、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，得到硫铁矿焙烧渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的硫铁矿焙烧渣基粒子电极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、硫铁矿焙烧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，取干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒备用；
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中的干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒、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，得到硫铁矿焙烧渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的硫铁矿焙烧渣基粒子电极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、硫铁矿焙烧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，取干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒备用；
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中的干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒、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，得到硫铁矿焙烧渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的硫铁矿焙烧渣基粒子电极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%。
实施例五：
A、硫铁矿焙烧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，取干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒备用；
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中的干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒、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，得到硫铁矿焙烧渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的硫铁矿焙烧渣基粒子电极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%。
实施例六：
A、硫铁矿焙烧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，取干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒备用；
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中的干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒、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，得到硫铁矿焙烧渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的硫铁矿焙烧渣基粒子电极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97%。
实施例七：
A、硫铁矿焙烧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，取干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒备用；
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中的干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒、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，得到硫铁矿焙烧渣基粒子电极材料。
取上述实施例中制备的硫铁矿焙烧渣基粒子电极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%。

Claims (7)

1.一种硫铁矿焙烧渣基粒子电极，其特征在于：按照重量百分比计，包括干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒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所述的硫铁矿焙烧渣基粒子电极，其特征在于：成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇( PVA)、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所述的硫铁矿焙烧渣基粒子电极，其特征在于：活化剂可以是Fe3O4、Fe2O3、MnO2、ZnO中的一种。
4.一种硫铁矿焙烧渣基粒子电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
A、硫铁矿焙烧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，取干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒；
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中的干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒、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，得到硫铁矿焙烧渣基粒子电极材料。
5.如权利要求4所述的硫铁矿焙烧渣基粒子电极的制备方法，其特征在于：按照重量百分比计，干燥细硫铁矿焙烧渣颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。
6.如权利要求4所述的硫铁矿焙烧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)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。
7.如权利要求4所述的硫铁矿焙烧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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