CN109174117B - 一种芬顿废水处理用铁碳催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芬顿废水处理用铁碳催化剂的制备方法，它由55‑70wt%的氧化铁粉、10‑15wt%的煤粉灰、2‑5wt%的粘土、3‑5wt%的萍乡长丰瓷泥粉、3‑5wt%的天然锰砂、10‑20wt%氧化锌废渣粉末和0.3‑1%wt%的高铁酸钾为原料，经球磨混合、造粒、烘干和高温烧制而成，本发明所述的铁碳微电解催化剂与现有技术相比具有处理效果好、生产成本低、操作维护方便、适用范围广，电力资源消耗少，且处理反应速度快、效果稳定，不会造成二次污染的特点，可提高废水的可生化性，有利于污泥的沉降和生物挂膜，可提高催化剂强度，比表面积和空隙率，提高了催化剂的处理效果和使用寿命，有利于反冲洗。
Description
技术领域
本发明涉及化学技术领域，尤其是涉及一种工业废旧物料制成芬顿法废水处理中用的铁碳催化剂的制备方法。
背景技术
微电解技术是利用铁—碳为阳阴两极在废水中形成微电解池对废水进行处理的一种方法，它具有成本低廉、工艺简单、处理效果明显等特点，目前广泛用于处理印染、制药、农药、焦化和电镀等行业中的高浓度、高色度和难生物降解有机废水的有效方法。但微电解技术也存在一个问题：微电解材料使用一段时间后，微电解材料中的铁粉容易生锈并与碳粘合发生板结，导致污水出现沟流，影响出水质量，需频繁进行反冲洗或更换微电解材料，否则会造成废水处理效率降低，处理成本增加。
而芬顿法处理废水是以含亚铁离子(Fe)的物质为催化剂与过氧化氢(H2O2)进行化学氧化生成强氧化性的羟基自由基（OH），在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。OH自由基的氧化电位为2.8V，仅次于氟，具有超强的氧化能力，同时还具有很高的电负性或亲电性，具有很强的加成反应特性，所以芬顿试剂可以毫无选择性的对绝大多数的有机物进行氧化分解反应，尤其是一些含有生物难降解或一般化学氧化难以分解的有机物废水的处理，如硝基苯、ABS等有机物的废水以及用于废水的脱色、除恶臭。芬顿试剂可以有效的氧化分解此类有机物，提高废水的可生化性，同时还具有非常明显的脱色除味效果。所以芬顿氧化法特别适用于印染、医药、硝基苯、苯胺、有机硅、印刷线路板、焦化、垃圾渗滤液、石油化工、橡胶助剂化工以及含苯环化工类行业。但芬顿法处理废水不仅加料重量比例、顺序、时间和废水酸碱度等要求高，工艺控制复杂，且过氧氢制取装置要求高，处理成本高，因此一般情况下有机废水大都用铁碳微电解催化剂进行处理，特殊情况下，有机废水先用铁碳微电解催化剂进行处理，再用芬顿试制进行深度处理。
发明内容
针对上述现有技术中所在存在的问题，本发明提供了一种用工业废渣与其它原料制成的一种芬顿废水处理中用的铁碳催化剂的制备方法。
本发明所述一种芬顿废水处理用铁碳催化剂的制备方法是：它由55-70wt%的氧化铁粉、10-15wt%的煤粉灰、2-5wt%的粘土、3-5 wt%的萍乡长丰瓷泥粉、3-5wt%的天然锰砂、10-20wt%氧化锌废渣粉末和0.3-1%wt%的高铁酸钾为原料，并按下述方法制备而成：
a、先将氧化锌废渣球磨筛分制成目数为200-300目的氧化锌废渣粉末，再将80目以上的氧化铁粉、煤粉灰、粘土、萍乡长丰瓷泥粉、天然锰砂和高铁酸钾按比例混合搅拌制成混合料，
b、将混合料送入球团料槽中加入上述混合料重量5-10%的水进行制球，制成φ3～30毫米的球状坯体，
c、将球粒坯体进行烘干至水分小于2%，
d、再将已烘干的球粒分别装入耐高温的匣钵中，将匣钵加盖并密封，
e、将已密封的匣钵放入窑炉中，升温至1000～1080℃并保温2-4小时后，自然冷却20小时至常温下出炉，
f、冷却后将球粒从匣钵中取出，检测后包装。
本发明所述煤粉灰也可用木炭、焦煤或活性炭等代替。
所述天然锰砂中二氧化锰含量（MnO2）为35-45%，天然锰砂机械强度大，化学性强，不易破碎，具有比表面积大、截污能力与氧化催化作用强。同时锰砂表面易形成一层活性滤膜，具有隔离除锈作用，是一种强的氧化剂，对二价铁起氧化，可用于废水处理中除铁和净化水的作用。
所述萍乡长丰瓷泥粉为江西省萍乡市长丰乡出产，是一种氧化硅、氧化铁含量较高的瓷泥矿物，经烘干、破碎和筛分而成，其主要成份氧化硅含量72-75%。三氧化铁含量为2-5%，氧化铝含量15-20%，氧化钾含量为3-4%，氧化钠含量为1-2%，氧化钙和氧化镁含量小于1%。
所述氧化锌废渣粉末是用低品位氧化锌提炼过程中产生的废渣经球磨筛分而成，目数为200-300目，它的主要化学成份为氧化铁含量50-65wt%、氧化锌含量5-10wt%、氧化锰3-5wt%。
所述高铁酸钾是含有FeO42-的一种化合物，其中心原子Fe以六价存在，在酸性条件下和碱性条件下的标准电极电势分别为E0FeO42-/Fe3+=2.20V，E0FeO42-/Fe(OH)3=0.72V，因此，无论在酸性条件，还是碱性条件下高铁酸盐都具有极强的氧化性，可以广泛用于水和废水的氧化、消毒、杀菌。
本发明一是采用低品位氧化锌提炼过程中产生的大量廉价的废渣经球磨筛分制成目数为200-300目的氧化锌废渣粉末取代一部份价格较贵、且资源较少的氧化铁粉，其目的既减少氧化铁粉加入量，降低了铁粒表面形成板结和钝化现象，且充分利用了废料，并可相应降低原料成本10-15%，同时还充分利用氧化锌废渣粉末中一定量的锌和锰的氧化性，在铁碳微电解中起到调配电位的作用，使有在酸性电解质水介质中形成无数个的微原电解池,可使每个微电解池中的铁碳两极电位差由原来的1.2V提高到1.7V， 这样随着电位差的提高，阳极反应会生成大量的Fe2+进入废水中,进而氧化成Fe3+,形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂量增大；而阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，在偏酸性的条件下, 利用废渣中锌、锰元素在废水中起到增强阳极的氧化作用，使有机大分子发生断链降解,从而消除有机物尤其是印染废水的色度,提高废水的可生化度和废水处理效果。
本发明二是采用在原料加入天然锰砂，利用天然锰砂可形成活性滤膜，具有隔离防锈腐作用和强氧化剂的特性，既可有效防止铁料生锈，确保催化剂不结块和钝化；又可对二价铁起氧化作用，从而提高废水处理中除铁和净化水的作用。同时其比表面积大、截污能力与氧化催化作用强，可提高催化剂强度，比表面积和空隙率，提高了催化剂的处理效果的使用寿命，有利于反冲洗。
本发明所述的铁碳微电解催化剂不仅强度可达到800Kg/cm2以上，可承受15-20米水柱压力，且利用废渣中锌、锰元素在废水中起到增强阳极的氧化作用，提高微电解池的电位差，对难降解物进行断链。
本发明所述的铁碳微电解催化剂与现有技术相比具有处理效果好、生产成本低、操作维护方便、适用范围广，电力资源消耗少，且处理反应速度快、效果稳定，不会造成二次污染的特点，可提高废水的可生化性，达到化学沉淀除磷，有利于污泥的沉降和生物挂膜。
本发明经过高温培烧，铁碳融合成一体，其结构内部呈蜂状孔构成，可有效地防止填料形成板结和钝化，且通过其内部具有的毛细管式气孔，可快速吸入废水，提高了反应效率，借助微电解产生的铁碳电位差来形成微电流，来刺激废水中产生新生态的氢和氧，通过氢和氧的还原性和氧化性，使废水发生强烈的氧化还原反应，从而可将难降解物转化为易降解物。
本发明还在原料中加入了少量的高铁酸钾，其目的一是进一步将铁碳两极电位差提高到2. 0-2.2V；二是无论在酸性条件，还是碱性条件下,由于高铁酸盐都具有极强的氧化性，可以广泛用于水和废水的氧化、消毒、杀菌。
本发明所述铁碳微电解催化剂呈球状或近似球状，规格大小为φ3～25毫米，抗压强度800～1000Kg/cm2，空隙率≥58%，比重为1-1.3吨/m3，比表面积为1.2-1.5m3/g。
具体实施方式
实施例1，本发明所述一种芬顿废水处理用铁碳催化剂的制备方法是：它由60wt%的氧化铁粉、12wt%的煤粉灰、3wt%的粘土、4wt%的萍乡长丰瓷泥粉、5wt%的天然锰砂、15.5wt%氧化锌废渣粉末和0.5%wt%的高铁酸钾为原料，并按下述方法步骤制备而成：
a、先将氧化锌废渣球磨筛分制成目数为200-300目的氧化锌废渣粉末，再将100-150目的氧化铁粉、煤粉灰、粘土、萍乡长丰瓷泥粉、天然锰砂和高铁酸钾按比例混合搅拌制成混合料，
b、将混合料送入球团料槽中加入上述混合料重量5-8%的水进行制球，制成φ3～25毫米的球状坯体，
c、将球粒坯体进行烘干至水分小于2%，
d、再将已烘干的球粒分别装入耐高温的匣钵中，将匣钵加盖并密封，
e、将已密封的匣钵放入窑炉中，升温至1000～1080℃并保温2-4小时后，自然冷却20小时至常温下出炉，
f、冷却后将球粒从匣钵中取出，检测后包装。
实施例1所述铁碳微电解催化剂呈球状或近似球状，抗压强度876.30Kg/cm2，空隙率：62.5%，比重为1.21吨/m3，比表面积为1.29m3/g。
实施例2，本发明所述一种芬顿废水处理用铁碳催化剂的制备方法是：它由55wt%的氧化铁粉、15wt%的煤粉灰、4wt%的粘土、5wt%的萍乡长丰瓷泥粉、3wt%的天然锰砂、17wt%氧化锌废渣粉末和1%wt%的高铁酸钾为原料，并按下述方法步骤制备而成：
a、先将氧化锌废渣球磨筛分制成目数为200-300目的氧化锌废渣粉末，再将100-150目的氧化铁粉、煤粉灰、粘土、萍乡长丰瓷泥粉、天然锰砂和高铁酸钾按比例混合搅拌制成混合料，
b、将混合料送入球团料槽中加入上述混合料重量5-8%的水进行制球，制成φ3～25毫米的球状坯体，
c、将球粒坯体进行烘干至水分小于2%，
d、再将已烘干的球粒分别装入耐高温的匣钵中，将匣钵加盖并密封，
e、将已密封的匣钵放入窑炉中，升温至1000～1080℃并保温2-4小时后，自然冷却20小时至常温下出炉，
f、冷却后将球粒从匣钵中取出，检测后包装。
实施例2所述铁碳微电解催化剂呈球状或近似球状，抗压强度：848.25Kg/cm2，空隙率：67.5%，比重为1.27吨/m3，比表面积为1.35m3/g。
Claims (2)
1.一种芬顿废水处理用铁碳催化剂的制备方法，其特征在于：该催化剂由55-70wt%的氧化铁粉、10-15wt%的煤粉灰、2-5wt%的粘土、3-5wt%的萍乡长丰瓷泥粉、3-5wt%的天然锰砂、10-20wt%氧化锌废渣粉末和0.3-1%wt%的高铁酸钾为原料，所述萍乡长丰瓷泥粉为江西省萍乡市长丰乡出产，是一种氧化硅、氧化铁含量较高的瓷泥矿物，经烘干、破碎和筛分而成，其主要成份氧化硅含量72-75%、三氧化铁含量为2-5%、氧化铝含量15-20%、氧化钾含量为3-4%、氧化钠含量为1-2%、氧化钙和氧化镁含量小于1%，并按下述方法制备而成：
a、先将氧化锌废渣球磨筛分制成目数为200-300目的氧化锌废渣粉末，再将80目以上的氧化铁粉、煤粉灰、粘土、萍乡长丰瓷泥粉、天然锰砂和高铁酸钾按比例混合搅拌制成混合料，
b、将混合料送入球团料槽中加入上述混合料重量5-10%的水进行制球，制成φ3～30毫米的球状坯体，
c、将球粒坯体进行烘干至水分小于2%，
d、再将已烘干的球粒分别装入耐高温的匣钵中，将匣钵加盖并密封，
e、将已密封的匣钵放入窑炉中，升温至1000～1080℃并保温2-4小时后，自然冷却20小时至常温下出炉，
f、冷却后将球粒从匣钵中取出，检测后包装。
2.根据权利要求1所述的一种芬顿废水处理用铁碳催化剂的制备方法，其特征在于：该催化剂由60wt%的氧化铁粉、12wt%的煤粉灰、3wt%的粘土、4wt%的萍乡长丰瓷泥粉、5wt%的天然锰砂、15.5wt%氧化锌废渣粉末和0.5%wt%的高铁酸钾为原料组成。
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