CN113087086B - 一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法，属于电化学技术领域，本发明以废弃松木渣为原材料，将其与已充满微纳米气泡的水均匀混合，让微纳米气泡占据松木渣的内部空间，在松木渣中制造多孔空间，生成了多孔碳，使得最终的碳板电极材料的空间通道得到了极大扩充，反应效率得到极大的提升；再经过两次高温碳化处理并结合碱性溶液和酸性溶液的交替处理，制得具有微纳米孔的碳板电极材料；该碳板电极材料可作为阴极电极应用于电化学装置中，通过将H2O和O2还原生成H2O2，H2O2分解为羟基自由基，完成污水处理过程。本发明可有效解决现有碳极材料存在的反应效率低和成本昂贵的问题。

Description

一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，具体涉及到一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法。
背景技术
随着工业的迅速发展，废水的种类和数量迅猛增加，对水体的污染也日趋广泛和严重，威胁人类的健康和安全。近年来，随着电力工业的快速发展，电化学污水处理技术在电力领域得以应用。与其他废水处理方法相比，由于电化学水处理技术的诸多优点，受到国内外的关注。随着电极材料的开发、反应器的研制及对传统电化学工艺的改进，电化学水处理技术作为一种清洁的处理工艺必将得到更广泛的应用。
电化学水处理技术是指在外加电场的作用下，在特定的电化学反应装置内，通过一系列设计的化学反应、电化学过程或物理过程，产生大量的自由基，进而利用自由基的强氧化性对废水中的污染物进行降解的技术过程，是高级氧化技术的一种。但现有电化学反应装置的电极材料主要存在以下两个问题：1)常规碳极材料表面积太低，导致反应效率低，污水处理效果差；2)金属掺杂的碳极材料虽然具有较好的反应效率，但制作成本昂贵，限制了其进一步的应用。鉴于此，提供一种反应效率高且成本低的碳板电极也就显得十分的有意义。
发明内容
针对上述的不足或缺陷，本发明的目的是提供一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法，可有效解决现有碳极材料存在的反应效率低和成本昂贵的问题。
为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：
本发明提供一种基于废弃松木渣的碳板电极的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)：将已充满微纳米气泡的水和废弃松木渣搅拌混合均匀，静置60～80min，然后干燥，碾压成型，制成碳板；其中，水和废弃松木渣的质量比为1～2:1～3。
步骤(2)：将步骤(1)所得碳板于氮气氛围中进行第一次碳化处理，然后浸入碱性溶液中5～7小时，取出干燥后于氮气氛围中进行第二次碳化处理，然后通过酸性溶液和清水冲洗碳板表面至中性，干燥，制得多孔碳板；
步骤(3)：取用环氧树脂胶在步骤(2)所得的多孔碳板两面上涂制电极形状，然后于多孔碳板的一面预留导线位置，其他平面采用环氧树脂胶密封，制得碳板电极。
进一步地，步骤(1)中废弃松木渣的粒径为20～60目。
进一步地，步骤(1)中水和废弃松木渣的质量比为1:1。
进一步地，步骤(2)中第一次碳化处理和第二次碳化处理的温度均为900℃～1100℃，优选为900℃；第一次碳化处理时间均为3～5小时，优选为3小时；第二次碳化处理时间均为1～3小时，优选为1小时。
进一步地，步骤(2)中碱性溶液为摩尔浓度为1.0～3.0mol/L的氢氧化钠水溶液；氢氧化钠水溶液的摩尔浓度优选为1.0mol/L。
进一步地，步骤(2)中酸性溶液为摩尔浓度为0.5～1.5mol/L的盐酸水溶液；盐酸水溶液的摩尔浓度优选为0.5mol/L。
进一步地，步骤(3)中环氧树脂胶由环氧树脂和水按照质量比为1～3:1～2于室温下混合制成；环氧树脂和水的质量比优选为3:2。
进一步地，环氧树脂胶中环氧树脂为双酚A环氧树脂。
进一步地，步骤(3)中电极形状为矩形，优选为正方形。
本发明还提供上述基于废弃松木渣的碳板电极的制备方法制得的碳板电极。
本发明还提供一种电化学污水处理装置，该电化学污水处理装置中阴极电极为上述的碳板电极。
进一步地，电化学污水处理装置还包括反应池，反应池内固定设置有挡板，挡板两侧分别设置有磁生电滚轮和碳板电极，挡板中部设置有水流通道，磁生电滚轮和碳板电极之间通过导线连接，反应池设置有曝气装置，反应池两侧分别设置有进水口和出水口。
进一步地，曝气装置包括位于反应池底部的微孔散气盘，微孔散气盘与鼓风机相连通。
本发明具有以下优点：
1、本发明提供了一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法，以废弃松木渣为原材料，将其与已充满微纳米气泡的水均匀混合，让微纳米气泡占据松木渣的内部空间，在松木渣中制造多孔空间，生成了多孔碳，使得最终的碳板电极材料的空间通道得到了极大扩充，反应效率得到极大的提升；再经过两次高温碳化处理并结合碱性溶液和酸性溶液的交替处理，制得具有微纳米孔的碳板电极材料；碳化处理后使碳板电极更加耐用且进一步提高孔隙率，碱性溶液和酸性溶液处理使得多孔材料为中性，可提高碳板电极材料的反应速率，从而提高碳板电极对污水的去除效果；整个碳板电极的制作成本低且在电化学装置中可将H2O和O2还原生成H2O2，H2O2分解为羟基自由基，在污水处理领域具有实际的应用价值；
2、本发明提供了以上述碳板电极作为阴极电极的电化学污水处理装置，将含有机物和有害物质(细菌，真菌，病毒)的待处理污水通入反应池，污水冲动磁生电滚轮产生电流，电流通过导线流入碳板电极，此时碳板电极上发生还原反应，当水流和氧气到达碳板一极时发生还原反应，将H2O和O2还原生成H2O2，H2O2分解为羟基自由基，羟基自由基具有降解有机物和分解有害物质的作用，完成污水处理过程；该电化学污水处理装置能高效降解污水中的高分子物质和细菌等有害物质。
附图说明
图1为本发明实施例1中碳板电极的示意图；
图2为本发明实施例1中电化学污水处理装置的示意图；
其中，1、反应池；2、磁生电滚轮；3、挡板；4、导线；5、碳板电极；6、曝气装置。
具体实施方式
实施例1
本实施例1提供了一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法，具体包括以下步骤：
步骤(1)：首先通过微纳米气泡发生器在去离子水中打入大量气泡，将已充满微纳米气泡的水和废弃松木渣搅拌混合均匀，静置60min，然后80℃温度下干燥60min，5000N的压力下碾压成型，制成碳板；其中，水和废弃松木渣的质量比为1:1，废弃松木渣的粒径为20～60目，本实施例1的碳板尺寸具体为40cm*40cm*5cm；
步骤(2)：将步骤(1)所得碳板于氮气氛围中，900℃温度下碳化处理3小时；然后将碳板浸入1.0mol/L氢氧化钠水溶液中5小时，取出碳板于80℃温度下干燥60min，干燥后再次置于氮气氛围中，900℃温度下碳化处理1小时，然后用0.5mol/L盐酸水溶液和大量高纯度水冲洗碳板表面至中性，80℃温度下干燥120min，制得多孔碳板；
步骤(3)：取用20ml环氧树脂胶在步骤(2)所得的多孔碳板两面上涂制2cm*2cm的正方形，正方形的线条宽0.5cm，然后于多孔碳板的一面预留导线位置，其他平面采用环氧树脂胶密封，制得2cm*2cm的碳板电极，如图1所示；其中，环氧树脂胶通过双酚A环氧树脂和水按照质量比为3:2混合制成。
本实施例1还提供以上述的碳板电极作为阴极电极的电化学污水处理装置，如图2所示，具体包括反应池1，反应池1内固定设置有挡板3，挡板3两侧分别设置有磁生电滚轮2和碳板电极5，挡板3中部设置有水流通道，磁生电滚轮2和碳板电极5之间通过导线4连接，反应池1设置有曝气装置6，曝气装置6包括位于反应池1底部的微孔散气盘，微孔散气盘与鼓风机相连通，反应池1两侧分别设置有进水口和出水口。
实施例2
本实施例2提供了一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中水和废弃松木渣的质量比为1:2，步骤(2)中两次碳化处理的温度均为1100℃，其余步骤及参数均相同。
本实施例2还提供以上述的碳板电极作为阴极电极的电化学污水处理装置，与实施例1的区别仅在于：将实施例1中制得的碳板电极替换为实施例2制得的碳板电极。
实施例3
本实施例3提供了一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：步骤(1)中水和废弃松木渣的质量比为2:3，步骤(2)中氢氧化钠水溶液的摩尔浓度为3.0mol/L，其余步骤及参数均相同。
本实施例3还提供以上述的碳板电极作为阴极电极的电化学污水处理装置，与实施例1的区别仅在于：将实施例1中制得的碳板电极替换为实施例3制得的碳板电极。
对比例1
本对比例1提供了一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：步骤(2)中用0.5mol/L盐酸水溶液冲洗碳板表面至酸性(pH＝3)，其余步骤及参数均相同。
本对比例1还提供以上述的碳板电极作为阴极电极的电化学污水处理装置，与实施例1的区别仅在于：将实施例1中制得的碳板电极替换为对比例1制得的碳板电极。
对比例2
本对比例2提供了一种基于废弃松木渣的碳板电极及其制备方法，与实施例1的区别仅在于：步骤(2)中用0.5mol/L盐酸水溶液冲洗碳板表面至弱碱性(pH＝8.5)，其余步骤及参数均相同。
本对比例2还提供以上述的碳板电极作为阴极电极的电化学污水处理装置，与实施例1的区别仅在于：将实施例1中制得的碳板电极替换为对比例2制得的碳板电极。
实验例
本实验例1以实施例1和对比例1-2所述的电化学污水处理装置考察本发明提供的碳板电极及电化学污水处理装置的污水处理能力。某医院待处理污水(进水水量：500m3/d)水质如下：ρ(COD)＝359mg/L，ρ(BOD)＝201mg/L，大肠菌群数＝2.6×107MPN/L，pH＝6～7。污水进入实施例1的电化学污水处理装置运行120分钟，运行条件为：湿干比1:3，环境温度18～35℃，流入速度4.0mL/min(第1组实验)、5.5mL/min(第2组实验)和7.0mL/min(第3组实验)。运行实验结果见表1。
表1.医院污水运行120分钟处理结果
Figure BDA0002994535070000071
由表1可知，本发明实施例1提供的电化学污水处理装置可高效降解医院污水中的高分子物质和去除如大肠菌等有害物质，其COD去除率高达87％，BOD去除率高达92％，且达到《医疗机构水污染物排放标准》(GB18466-2005)的排放标准；而对比例1-2中COD平均去除率分别为68％和73％，BOD平均去除率分别为70％和80％，说明采用酸性或碱性条件下制得的多孔碳板制得的碳板电极，会降低电化学污水处理装置的污水处理能力。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本领域的技术人员不经创造性劳动即对所描述的具体实施例做的修改或补充或采用类似的方式替代仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于废弃松木渣的碳板电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：将已充满微纳米气泡的水和废弃松木渣搅拌混合均匀，静置60～80min，然后干燥，碾压成型，制成碳板；其中，水和废弃松木渣的质量比为1～2:1～3；
步骤(2)：将步骤(1)所得碳板于氮气氛围中进行第一次碳化处理，然后浸入碱性溶液中5～7小时，取出干燥后于氮气氛围中进行第二次碳化处理，最后通过酸性溶液和清水冲洗碳板表面至中性，干燥，制得多孔碳板；
步骤(3)：取用环氧树脂胶在步骤(2)所得的多孔碳板两面上涂制电极形状，然后于多孔碳板的一面预留导线位置，其他平面采用环氧树脂胶密封，制得碳板电极；
所述步骤(1)中废弃松木渣的粒径为20～60目；所述步骤(1)中水和废弃松木渣的质量比为1:1；所述步骤(2)中第一次碳化处理和第二次碳化处理的温度均为900℃～1100℃，第一次碳化处理时间为3～5小时，第二次碳化处理时间为1～3小时。
2.如权利要求1所述的基于废弃松木渣的碳板电极的制备方法，其特征在于，所述骤(2)中碱性溶液为摩尔浓度为1.0～3.0mol/L的氢氧化钠水溶液，酸性溶液为摩尔浓度为0.5～1.5mol/L的盐酸水溶液。
3.如权利要求1所述的基于废弃松木渣的碳板电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中环氧树脂胶由环氧树脂和水按照质量比为1～3:1～2于室温下混合制成。
4.权利要求1-3任一项所述的基于废弃松木渣的碳板电极的制备方法制得的碳板电极。
5.一种电化学污水处理装置，其特征在于，以权利要求4所述的碳板电极作为阴极电极。
6.如权利要求5所述的电化学污水处理装置，其特征在于，包括反应池(1)，所述反应池(1)内固定设置有挡板(3)，所述挡板(3)两侧分别设置有磁生电滚轮(2)和碳板电极(5)，所述挡板(3)中部设置有水流通道，所述磁生电滚轮(2)和所述碳板电极(5)之间通过导线(4)连接，所述反应池(1)设置有曝气装置，所述反应池(1)两侧分别设置有进水口和出水口。
7.如权利要求6所述的电化学污水处理装置，其特征在于，所述曝气装置包括位于反应池底部的微孔散气盘，微孔散气盘与鼓风机相连通。
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CN115425204B (zh) * 2022-09-21 2024-03-29 陕西科技大学 一种生物质松木衍生碳PDC/SnS2@rGO材料及其制备方法和应用
CN117619347A (zh) * 2023-11-27 2024-03-01 嘉应学院 一种多孔碳材料及其制备方法与在污水处理中的应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101944396B (zh) * 2010-07-29 2013-01-02 兰州理工大学 用于超级电容器电极的多孔成型木炭/金属氧化物复合材料的制备方法
CN207158984U (zh) * 2017-07-22 2018-03-30 韩元元 一种污水处理一体化设备
CN109534506B (zh) * 2018-12-24 2021-04-09 衢州学院 一种低c/n比废水的电耦合生物除碳脱氮处理方法

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