CN106139835A - 一种铁碳微电解填料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁碳微电解填料的制备方法，主要原材料包括赤铁矿粉、焦炭原粉、椰壳粉、碳基粘合剂；制备方法包括下述步骤：将所述原材料按照质量百分比为79%、13%、5%、3%混合均匀，将混合后的原料制作成椭圆颗粒填料，然后经过烘干、焙烧、冷却得到椭圆型微电解填料。本发明的优点在于微电极的阳极铁单质是在高温焙烧的过程中生成，使得单质铁与碳在填料内分布均匀，能够提高原电池的数量，克服了铁易钝化的缺点；焙烧过程中产生的大量气体，增加了孔隙率，提高反应效率；铁碳微电解填料的制备方法简单、原材料充裕、成本低廉、环保可持续，对有机物的去除效率高，使用周期长，不易钝化、堵塞和板结。

Description

一种铁碳微电解填料的制备方法

技术领域

本发明属于环境工程微电解法废水处理技术领域，特别涉及一种铁碳微电解填料的制备方法。

背景技术

随着工业的发展，大量含有机物的废水进入到水环境中。含有机物的废水具有污染物难降解、浓度含量高的特点。这类污水的治理方法在作为选择时要根据污水的性质、处理量、当地水环境排放标准和经济情况等具体条件而定。

目前，常见的污水处理办法是采用微电解法处理。它是利用金属腐蚀原理，形成原电池对废水进行处理，具有处理效果好，时间短，成本低的优点而被广泛应用。然而，这类微电解法主要存在以下问题：一、常规填料运行周期短，需要定期更换填料，工作量大，成本增加；二、铁屑的结块和填料的堵塞，当填料需要量过大时，底部的铁屑因为压实过大而结块，炭粉因不能及时排除反应池而在池内发生絮凝作用，污水处理效果降低；三、铁的钝化，原因在于在铁的阳极区外层生成了一层氧化膜，阻止了微电极反应的正常进行，降低了污水处理效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种铁碳微电解填料的制备方法，解决了现有的填料存在的使用周期短，处理效果低，成本高，易出现结块、堵塞、钝化的技术难题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：主要原料包括粒径为0.25mm的赤铁矿粉（三氧化二铁含量为86%以上），粒径为0.15mm焦炭原粉（炭含量为96%以上），粒径为0.15mm的椰壳粉、粒径为0.1mm的碳基粘合剂；所述的赤铁矿粉所占质量分数百分比为79%，所述的焦炭原粉所占质量分数百分比为13%，所述的椰壳粉所占质量分数百分比为5%，所述的碳基粘合剂所占质量分数百分比为3%；所述的赤铁矿粉中主成分三氧化二铁和所述的焦炭原粉中主成分的炭在高温下能发生反应生成单质铁，单质铁作为原电池的阳极，焦炭原粉中未反应的碳作为原电池的阴极。

优选地，所述的椰壳粉还可以是山核桃壳粉等硬质材料。

优选地，所述的碳基粘合剂是一种强效粘合剂，耐高温，成型率高。

一种铁碳微电解填料的制备方法，主要包括下述步骤：

（1）将原料按所占质量分数的百分比均匀混合；

（2）将混合后的原料制作成2.5×2cm的椭圆颗粒物；

（3）将颗粒物置于烘箱内，30～80℃下2～3 h烘干；

（4）将烘干后的颗粒物在隔绝氧气的条件下，置于800℃窑炉焙烧3h；

（5）将焙烧后的颗粒物填料进行室温冷却，即可得到铁碳微电解填料。

优选地，所述步骤（4）将烘干后的颗粒物在窑炉内焙烧，所述的赤铁矿粉中主成分三氧化二铁和所述的焦炭原粉中主成分的炭在高温下能发生反应生成单质铁，并产生大量气体，促使颗粒内形成相当多的空隙，增大了颗粒的比表面积；生成的单质铁与未反应的碳在微电解填料内是均匀分布的。

优选地，所述填料在污水处理中的使用方法是：根据不同浓度废水不同水力停留时间，确定铁碳微电解填料的投加量，直接将填料投加至污水反应池，反应一段时间后，填料上的铁单质逐渐被氧化为亚铁离子而流失，碳含量相对逐渐增多，反应之后，残留的碳球被压碎粉化，进而采用气反冲的形式将炭粉冲出反应池，并投加新的填料，以保证污水处理的连续进行，此法操作简单，所需反应需控制在酸性条件。

本发明一种铁碳微电解填料的制备方法采用赤铁矿粉、焦炭原粉作为填料主体，经过成型和焙烧，制成椭圆型颗粒填料；填料在高温焙烧时，赤铁矿粉和焦炭原粉发应生成单质铁并产生大量气体，使得填料表面及其内部扩增孔道并增大孔间隙，极大地增加了填料的比表面积，从而增大了填料与水的接触面积，提高反应效率；铁单质与碳在椭圆型颗粒填料内分布均匀的特点，使得填料在有机物水解过程中能够形成无数多的微电极，有效防止铁的钝化；本发明在使用过程中单质铁不断地被氧化为亚铁离子随水流出，余下的少量炭粉采用气反冲形式将粉冲出反应器，铁碳利用率高且成本低廉，解决了传统微电解填料铁屑易结块和填料堵塞的难题。一定反应周期后直接投加铁碳微电解填料，减少了工作时间，降低了成本，提高了工作效率。本发明反应条件为酸性的条件，使得原电池阴阳两极电位差增加，腐蚀反应速度加快，增强了原电池反应能力，强化了氧化还原效果。

本发明的有益效果在于：通过对铁碳微电解填料原材料的优化和工艺参数优化，解决了传统微电极填料存在的易钝化、堵塞、板结的问题。在酸性条件下，铁碳微电解填料原电池效应明显，促进微环境加速降解难降解有机物，更换周期长，制作原材料易获得，工序简单，成本低廉。

具体实施方式

实施例1：

将粒径0.25mm的赤铁矿粉、粒径0.15mm的焦炭原粉、粒径0.15mm的椰壳粉、粒径0.1mm的碳基粘合剂按质量含量79%，13%，5%，3%混合，加水搅拌均匀，将搅拌均匀的填料制作成2.5×2cm的椭圆颗粒填料，颗粒物填料置于烘箱内，30～80℃下2～3h烘干，将烘干后的颗粒填料在隔绝氧气的条件下置于800℃窑炉焙烧3h；焙烧后的颗粒物室温冷却后即得到铁碳微电解填料。

实施例2：

本发明制作成型的铁碳微电解填料目前在实验室运行情况如下：对浓度范围在50～250mg/L的氯苯废水、200～250mg/L的硝基苯废水，水力停留时间为100 min，各污染物质的去除率可达90%以上。经过6个月的运行，未出现表面钝化和填料堵塞、板结等问题。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于本发明的主要原料包括粒径为0.25mm的赤铁矿粉（三氧化二铁含量为86%以上），粒径为0.15mm焦炭原粉（炭含量为96%以上），粒径为0.15mm的椰壳粉、粒径为0.1mm的碳基粘合剂；所述的赤铁矿粉所占质量分数百分比为79%，所述的焦炭原粉所占质量分数百分比为13%，所述的椰壳粉所占质量分数百分比为5%，所述的碳基粘合剂所占质量分数百分比为3%；所述的赤铁矿粉中主成分三氧化二铁和所述的焦炭原粉中主成分的炭在高温下能发生反应生成单质铁，单质铁作为原电池的阳极，焦炭原粉中未反应的碳作为原电池的阴极；所述的椰壳粉还可以是山核桃壳粉等硬质材料；所述的碳基粘合剂是一种强效粘合剂，成型率高。

2.根据权利要求1所述的铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

（1）将原料按所占质量分数的百分比均匀混合；

（2）将混合后的原料制作成2.5×2cm的椭圆颗粒填料；

（3）将颗粒物填料置于烘箱内，30～80℃下2～3h烘干；

（4）将烘干后的颗粒物在隔绝氧气的条件下，置于800℃窑炉焙烧3h；

（5）将焙烧后的颗粒物填料进行冷却，即可得到铁碳微电解填料。

3.根据权利要求2所述的一种铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于所述步骤（4）将烘干后的颗粒物在窑炉内焙烧，所述的赤铁矿粉中主成分三氧化二铁和所述的焦炭原粉中主成分的炭在高温下能发生反应生成单质铁，并产生大量气体，促使颗粒内形成相当多的空隙，增大了颗粒的比表面积，从而增大了填料与水的接触面积，提高反应效率；生成的单质铁与未反应的碳在微电解填料内均匀分布，使得填料在有机物水解过程中能够形成无数多的微电极，有效防止铁的钝化。