CN113321275B - 一种铁碳微电解填料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及废水处理技术领域，具体公开了一种铁碳微电解填料及其制备方法，铁碳微电解填料包括中心球形载体、包覆在中心球形载体表面的铁碳微电解层；其由包含以下原料制成：中心球形载体、铁碳微电解混合料、水、表面改性剂；中心球形载体和铁碳微电解混合料的重量配比为1:(3‑5)；中心球形载体为大孔体积二氧化硅载体；铁碳微电解混合料由包含以下原料制成：海绵铁粉、活性炭粉、碳纤维、黏结剂、二氧化硅粉、珍珠岩、脱水好氧污泥、矿物纤维。该铁碳微电解填料，降低其孔隙堵塞的情况，从而降低其出现板结，并提高铁碳微电解填料对废水的处理效果和使用寿命。

Description

一种铁碳微电解填料及其制备方法

技术领域

本申请涉及废水处理技术领域，更具体地说，它涉及一种铁碳微电解填料及其制备方法。

背景技术

铁碳微电解技术是利用金属腐蚀原理，在不通电的情况下，使铁、碳等物质形成原电池，并产生电位差对废水中的有机污染物进行降解，以达到除去有机污染物的目的。铁碳微电解技术由于具有价格低廉、技术操作简单、实用性强等特点，已经被广泛的应用于印染、造纸、石油、制药等行业的废水处理中，且对废水处理取得了良好的处理效果。

铁碳微电解技术中，铁碳微电解填料是其对废水处理效果优良的核心部分，传统的铁碳微电解填料一般直接将铁屑、炭粒、黏结剂进行混合，然后经过焙烧得到，铁碳微电解填料在使用时，铁屑、炭粒于废水中形成无数个微小原电池，整体空间上形成电场，并在废水中形成原子H、二价铁离子，原子H、二价铁离子具有较高的化学活性，能够与废水中的有机污染物发生氧化还原反应，并使有机污染物发生断链、开环等作用，达到降解有机污染物的效果。但是，申请人在实际应用中发现，该铁碳微电解填料在使用过程中，很容易出现板结，并降低铁碳微电解填料对废水的处理效果。

发明内容

为了降低铁碳微电解填料出现板结，提高铁碳微电解填料使用寿命，本申请提供一种铁碳微电解填料及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种铁碳微电解填料，采用如下的技术方案：

一种铁碳微电解填料，铁碳微电解填料包括中心球形载体、包覆在中心球形载体表面的铁碳微电解层；

铁碳微电解填料由包含以下原料制成：中心球形载体、铁碳微电解混合料、水、表面改性剂；

中心球形载体和铁碳微电解混合料的重量配比为1:(3-5)，水的添加量为铁碳微电解混合料总重量的5-10%，表面改性剂的用量为铁碳微电解混合料总重量的80-90%；

中心球形载体为大孔体积二氧化硅载体；

表面改性剂为硫酸钠溶液，硫酸钠溶液中硫酸钠的质量百分浓度为5-10%，并利用硫酸溶液调节表面改性剂的pH值到2-3，硫酸溶液中硫酸的质量百分浓度为50-60%；

铁碳微电解混合料由包含以下重量份的原料制成：海绵铁粉40-50份、活性炭粉5-15份、碳纤维4-7份、黏结剂7-9份、二氧化硅粉7-10份、珍珠岩9-11份、脱水好氧污泥7-9份、矿物纤维4-6份。

通过采用上述技术方案，申请人发现，在铁碳微电解填料使用时，有机污染物吸附在铁碳微电解填料的孔隙内，然后进一步对有机污染物进行降解，而在对有机污染物进行降解过程中，消耗氢离子，减少氢离子含量，使得铁碳微电解填料孔隙中的pH值升高，且相比铁碳微电解填料孔隙外的pH值增加，形成类浓度梯度的情况，铁碳微电解填料孔隙中的二价铁离子在空气中氧气的作用下氧化为三价铁离子，三价铁离子容易在铁碳微电解填料的孔隙中形成氢氧化铁并堵塞铁碳微电解填料中的孔隙，然后出现板结的情况。

本申请的铁碳微电解填料，具有较高的孔隙率，也对废水具有良好的处理效果，初始孔隙率为60.9-64.8%，孔隙率达到60%以上，且在运行6个月后，孔隙率为49.0-55.0%，孔隙率下降量为8.3-14.2%，孔隙率下降量小于15%，降低铁碳微电解填料孔隙堵塞的情况。同时，初始COD去除率为71.4-77.3%，初始COD去除率达到70%以上，且在运行6个月后，COD去除率为63.1-69.8%，COD去除率下降量为5.4-9.5%，COD去除率下降量小于10%。本申请的铁碳微电解填料，通过原料之间的协同作用，提高铁碳微电解填料的使用效果和使用寿命。

本申请中，申请人发现，在铁碳微电解混合料的原料中加入珍珠岩、脱水好氧污泥、矿物纤维，珍珠岩具有良好的膨胀性能，增加铁碳微电解层的大孔隙，脱水好氧污泥中含有残留水分、微生物、微生物呼吸而自身氧化的残留物，脱水好氧污泥中还包括在其使用过程中而吸附的难降解有机物和无机物等，脱水好氧污泥在高温下分解并形成气体、碳、残渣，碳不仅能够增加铁碳微电解层的碳含量，而且还能够通过分解的气体对铁碳微电解层的孔径分布进行优化。矿物纤维具有良好的稳定性，能够在矿物纤维的外周面形成大孔隙的连通通道。通过珍珠岩、脱水好氧污泥、矿物纤维之间的协同作用，在铁碳微电解催化层内部形成大孔隙连通通道，便于二价铁离子、三价铁离子、氢氧化铁等从孔隙内排出，降低铁碳微电解催化层堵塞的情况，提高铁碳微电解填料对废水的处理效果。

申请人发现，在铁碳微电解混合料的原料中还加入碳纤维，碳纤维不仅增加了铁碳微电解层中的碳含量，而且利用碳纤维、活性炭粉之间的协同作用，在铁碳微电解层中形成三维连接网络，提高铁碳微电解结合强度，而且还提高铁碳微电解填料对废水的处理效果。

申请人发现，在中心球形载体表面包覆铁碳微电解层，利用铁碳微电解混合料、水、表面改性剂形成铁碳微电解层，不仅有效的增加铁碳微电解层和有机污染物的接触面积，更为重要的是，待铁碳微电解填料对有机污染物进行降解时，有机污染物在铁碳微电解层内部的孔隙内降解，不会在中心球形载体内部的孔隙内进行降解，此时，铁碳微电解层于其自身内部的孔隙内形成的二价铁离子，由于在铁碳微电解层中心设置了中心球形载体，相比没有设置中心球形载体而言，便于二价铁离子从铁碳微电解层内部的孔隙内排出，降低铁碳微电解层于其自身孔隙内形成三价铁离子的情况，也降低铁碳微电解层于其自身孔隙内形成氢氧化铁的情况，即便形成少量氢氧化铁，由于铁碳微电解层内形成大孔隙连通通道，也便于氢氧化铁从铁碳微电解层的孔隙内排出，降低氢氧化铁堵塞铁碳微电解填料孔隙的情况，从而降低铁碳微电解填料出现板结，提高铁碳微电解填料对废水的处理效果。

可选的，所述海绵铁粉、活性炭粉、二氧化硅粉的粒径均为10-30μm连续级配；

珍珠岩采用三级级配，且珍珠岩由以下重量百分比的原料配制而成：0.1-0.3mm连续级珍珠岩10-20%、0.3-1mm连续级珍珠岩30-40%、1-1.5mm连续级珍珠岩40-50%。

通过采用上述技术方案，对海绵铁粉、活性炭粉、二氧化硅粉的粒径进行优化，提高铁碳微电解层的结合强度。还对珍珠岩的级配进行优化，由于不同粒径珍珠岩的膨胀性能有所差异，利用不同粒径珍珠岩的膨胀性，优化铁碳微电解层中的孔径分布，进一步提高铁碳微电解填料对废水的处理效果。

可选的，所述矿物纤维的平均长度为100-150μm、平均直径为5-10μm；

碳纤维的平均长度为100-150μm、平均直径为5-10μm。

通过采用上述技术方案，对矿物纤维、碳纤维的长度和直径进行优化，避免矿物纤维、碳纤维的长度过长而影响铁碳微电解催化层和中心球形载体的结合强度，也避免矿物纤维、碳纤维的长度过短而影响铁碳微电解催化层对废水的处理效果。

可选的，所述中心球形载体的平均粒径为2-4cm。

通过采用上述技术方案，由于中心球形载体和铁碳微电解混合料的配比一定，对中心球形载体的粒径进行优化，从而实现对铁碳微电解填料粒径的优化。铁碳微电解颗粒填料使用时，铁碳微电解颗粒填料填充到反应器中，同时还向反应器中通入废水，并进行曝气增加废水扰动。在铁碳微电解颗粒填料的粒径过大时，堆积密度较小，气体容易在反应器的内侧壁或者铁碳微电解颗粒填料表面形成沟流，在铁碳微电解颗粒填料的粒径过小时，堆积密度较大，容易增加反应器的压力。本申请中对铁碳微电解颗粒填料粒径进行优化，降低铁碳微电解颗粒填料由于粒径过大而增加沟流的情况，也降低铁碳微电解颗粒填料由于粒径过小而增加反应器压力的情况。同时，对中心球形载体的粒径进行优化，从而实现中心球形载体和铁碳微电解层接触面积的优化，提高中心球形载体和铁碳微电解层连接的稳定性，降低铁碳微电解层出现开裂、断层的情况，提高铁碳微电解填料使用的稳定性和寿命。

可选的，所述中心球形载体上开设有贯穿其中心的孔道。

通过采用上述技术方案，部分铁碳微电解混合料进入孔道内，并对孔道进行填充，有效的增加铁碳微电解层和中心球形载体的接触面积，并增加铁碳微电解层于中心球形载体表面的稳定性，降低铁碳微电解层出现开裂、断层的情况，提高铁碳微电解填料使用的稳定性和寿命。

可选的，所述活性炭粉在使用前进行以下预处理：

在水中加入硝酸铁、硝酸钛，搅拌并混合均匀，然后加入活性炭粉，搅拌处理5-6h，过滤，得到负载活性炭粉；

在惰性气体保护下，将负载活性炭粉升温至130-150℃，保温处理1-2h，再升温至630-650℃，继续保温处理2-4h，降温，得到预处理后的活性炭粉。

通过采用上述技术方案，对活性炭粉进行预处理，使硝酸铁、硝酸钛吸附在活性炭粉表面，之后经过焙烧，硝酸铁、硝酸钛分解并形成氧化铁、氧化钛，使活性炭粉负载氧化钛、氧化铁。在铁碳微电解填料对有机污染物进行降解时，通过氧化铁、氧化钛之间的协同作用，增加阴极碳的电化学活性，提高铁碳微电解填料对废水的处理效果。

可选的，所述水、硝酸铁、硝酸钛、活性炭粉的重量配比为(5-10):(0.05-0.1):(0.05-0.1):1。

通过采用上述技术方案，对水、硝酸铁、硝酸钛、活性炭粉的配比进行优化，提高铁碳微电解填料对废水的处理效果。

可选的，所述黏结剂为高岭土、膨润土中的一种或两种。

通过采用上述技术方案，对黏结剂进行优化，便于根据实际需要进行选择，提高铁碳微电解填料的性能。

可选的，所述脱水好氧污泥的含水率为60-80%。

通过采用上述技术方案，对脱水好氧污泥的含水率进行限定，避免脱水好氧污泥因吸水而影响铁碳微电解填料原料中水的添加量，影响铁碳微电解填料的性能。

第二方面，本申请提供一种铁碳微电解填料的制备方法，采用如下的技术方案：

一种铁碳微电解填料的制备方法，包括如下步骤：

将海绵铁粉、活性炭粉、二氧化硅粉、珍珠岩、碳纤维，搅拌并混合均匀，得到预混料a，备用；

在矿物纤维中加入脱水好氧污泥，进行搅拌，使部分脱水好氧污泥均匀的附着在矿物纤维表面，得到预混料b，备用；

S1、在预混料a中加入预混料b、黏结剂，搅拌并混合均匀，得到铁碳微电解混合料；

S2、在中心球形载体中加入铁碳微电解混合料，搅拌并混合均匀，然后喷洒加入水，使铁碳微电解混合料连同水一起包覆在中心球形载体表面，得到初成品；

S3、在惰性气体保护下，将初成品升温至130-150℃，保温处理0.5-1h，再升温至340-360℃，继续保温处理2-4h，再升温至1150-1180℃，继续保温处理5-7h，降温，得到半成品；

S4、在半成品中加入表面改性剂，搅拌处理3-5h，过滤、烘干，得到铁碳微电解填料。

通过采用上述技术方案，使铁碳微电解填料，具有制备简便、稳定的优点。而且，在矿物纤维中加入脱水好氧污泥，部分脱水好氧污泥均匀的附着在矿物纤维表面，待脱水好氧污泥高温处理后，附着在矿物纤维表面的脱水好氧污泥形成碳，增加矿物纤维和原料的结合强度，然后将预混料a、预混料b、黏结剂进行混合，喷洒加入水，使铁碳微电解混合料包覆在中心球形载体表面，之后采用逐步升温的方式对初成品进行加热处理，珍珠岩进行膨胀，增加铁碳微电解层的孔隙，而且还能够使铁碳微电解混合料和中心球形载体进行有效的结合，增加半成品的稳定性，最后利用表面改性剂对半成品进行处理，使硫酸钠、硫酸吸附在半成品的孔隙内，对半成品进行活化，增加铁碳微电解填料对废水的处理效果。

综上所述，本申请具有以下至少一种有益效果：

1、本申请的铁碳微电解填料，通过原料之间的协同作用，降低铁碳微电解催化层堵塞的情况，从而降低铁碳微电解填料出现板结的情况，提高铁碳微电解填料的使用效果和寿命。

2、通过对海绵铁粉、活性炭粉、二氧化硅粉、珍珠岩、中心球形载体的粒度进行优化，并对矿物纤维、碳纤维的长度和直径进行优化，利用原料之间的协同作用，在铁碳微电解催化层内部形成大孔隙连通通道，便于二价铁离子、三价铁离子、氢氧化铁等从孔隙内排出，降低铁碳微电解催化层堵塞的情况，提高铁碳微电解填料对废水的处理效果。

3、在活性炭粉使用前进行预处理，使活性炭粉表面负载氧化钛、氧化铁，在铁碳微电解填料对有机污染物进行降解时，通过氧化铁、氧化钛之间的协同作用，增加阴极碳的电化学活性，提高铁碳微电解填料对废水的处理效果。

4、本申请的铁碳微电解填料的制备方法，不仅具有制备简便、稳定的优点，而且通过各个步骤之间的协同作用，增加铁碳微电解填料对废水的处理效果。

附图说明

图1是铁碳微电解填料的结构示意图。

图2是铁碳微电解填料中为了表示其内部结构的部分剖视图。

附图标记说明：1、中心球形载体；11、孔道；2、铁碳微电解层。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

申请人发现，传统的铁碳微电解填料一般直接将铁屑、炭粒、黏结剂进行混合，然后经过焙烧得到。铁碳微电解填料在使用时，铁碳微电解填料中的铁作为原电池的阳极，铁中的铁失去电子形成二价铁离子，铁碳微电解填料中的碳作为原电池的阴极，废水中的氢离子于阴极处得到电子形成原子H，此时，由于阴极消耗了废水中的氢离子，废水中的氢离子含量不断减少，并增加废水的pH值。部分二价铁离子在废水中，因受到曝气中的氧气的影响而进一步氧化成三价铁离子，由于氢氧化铁的溶度积Ksp约为4×10^-38、氢氧化亚铁的溶度积Ksp约为8×10^-16，氢氧化铁的溶度积Ksp远远小于氢氧化亚铁的溶度积Ksp，即三价铁离子的较低的pH值下，便形成氢氧化铁，从而容易堵塞铁碳微电解填料的孔隙。同时，申请人还发现，铁碳微电解填料对废水中的有机污染物进行吸附，并吸附在其孔隙内，且集中于孔隙中形成原电池，对废水中的有机污染物进行降解，此时，由于原电池消耗较多的氢离子，减少铁碳微电解孔隙中废水氢离子含量，进而使铁碳微电解填料孔隙中的pH值升高，且相比铁碳微电解填料孔隙外的pH值增加，形成类浓度梯度的情况，容易在铁碳微电解填料孔隙中形成氢氧化铁，氢氧化铁无法及时从铁碳微电解孔隙中排出，从而堵塞铁碳微电解填料的孔隙，并出现板结，降低铁碳微电解填料对废水的处理效果。基于该发现，申请人进行了大量的研究，降低铁碳微电解催化层堵塞，从而降低铁碳微电解填料出现板结的情况，提高了铁碳微电解填料使用效果，并延长使用寿命。

本申请的铁碳微电解填料

参照图1和图2，铁碳微电解填料包括中心球形载体1，中心球形载体1为大孔体积二氧化硅载体，中心球形载体1上开设有贯穿其中心的孔道11。

中心球形载体1的外周面包覆有铁碳微电解层2。在铁碳微电解层的原料包覆在中心球形载体1表面时，部分铁碳微电解层2的原料进入孔道11内，并对孔道11进行填充，有效的增加铁碳微电解层2和中心球形载体1的接触面积，增加铁碳微电解层2于中心球形载体1表面的稳定性，降低铁碳微电解层2出现开裂、脱层的情况，提高铁碳微电解填料使用的稳定性和寿命。

原料

大孔体积二氧化硅载体选自萍乡市睿泽新材料科技有限公司，且大孔体积二氧化硅载体自身带有贯穿其中心的孔道；海绵铁粉选自河北益瑞合金焊接材料有限公司；活性炭粉选自济南蓝之星新材料有限公司；碳纤维选自天津晶林新材料科技有限公司；高岭土选自灵寿县辰洋矿产品有限公司；膨润土选自灵寿县辰洋矿产品有限公司的钠基膨润土；二氧化硅粉选自中诺新材(北京)科技有限公司；珍珠岩选自东莞市瑞恒矿产品有限公司；脱水好氧污泥为SCY-011，且选自天津金净通环保科技有限公司；矿物纤维选自石家庄马跃建材有限公司。

实施例

表1 铁碳微电解混合料各原料含量（单位:kg）

实施例1

一种铁碳微电解填料，其包括中心球形载体、包覆在中心球形载体表面的铁碳微电解层。

铁碳微电解填料的原料包括中心球形载体、铁碳微电解混合料、水、表面改性剂，并利用铁碳微电解混合料、水、表面改性剂形成铁碳微电解层。且中心球形载体和铁碳微电解混合料的重量配比为1:4；水的添加量为铁碳微电解混合料总重量的8%；表面改性剂的用量为铁碳微电解混合料总重量的80%。

中心球形载体为大孔体积二氧化硅载体，大孔体积二氧化硅载体自身带有贯穿其中心的孔道，中心球形载体的平均粒径为3cm；表面改性剂为硫酸钠溶液，硫酸钠溶液中硫酸钠的质量百分浓度为10%，且利用硫酸溶液调节表面改性剂的pH值至3，硫酸溶液中硫酸的质量百分浓度为50%；铁碳微电解混合料的原料和配比见表1所示。

且，黏结剂为膨润土；脱水好氧污泥的含水率为60%；海绵铁粉、活性炭粉、二氧化硅粉的粒径均为10-30μm连续级配；矿物纤维的平均长度为130μm、平均直径为8μm；碳纤维的平均长度为130μm、平均直径为8μm；珍珠岩采用三级级配，且珍珠岩的由20%的0.1-0.3mm连续级珍珠岩、30%的0.3-1mm连续级珍珠岩、50%的1-1.5mm连续级珍珠岩配制而成。

一种上述铁碳微电解填料的制备方法，包括如下步骤：

将海绵铁粉、活性炭粉、二氧化硅粉、珍珠岩、碳纤维，搅拌并混合均匀，得到预混料a，备用。

在矿物纤维中加入脱水好氧污泥，进行搅拌，使部分脱水好氧污泥均匀的附着在矿物纤维表面，得到预混料b，备用。

S1、在预混料a中加入预混料b、黏结剂，搅拌并混合均匀，得到铁碳微电解混合料。

S2、在中心球形载体中加入铁碳微电解混合料，搅拌并混合均匀，然后通过滚筒使中心球形载体连同铁碳微电解混合料滚动，喷洒加入水，并使铁碳微电解混合料包覆在中心球形载体表面，得到初成品。

S3、在氮气保护下，将初成品升温至130℃，保温处理1h，再升温至340℃，继续保温处理4h，再升温至1150℃，继续保温处理7h，降温，得到半成品。

S4、在半成品中加入表面改性剂，搅拌处理3h，过滤、烘干，得到铁碳微电解填料。

实施例2-4

一种铁碳微电解填料，其和实施例1的区别之处在于，铁碳微电解混合料的原料配比不同，其原料配比见表1所示。

实施例5

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料的原料中，中心球形载体和铁碳微电解混合料的重量配比为1:3。

实施例6

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料的原料中，中心球形载体和铁碳微电解混合料的重量配比为1:5。

实施例7

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料的原料中，中心球形载体的平均粒径为2cm。

实施例8

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料的原料中，中心球形载体的平均粒径为4cm。

实施例9

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料的原料中，水的添加量为铁碳微电解混合料总重量的5%。

实施例10

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料的原料中，水的添加量为铁碳微电解混合料总重量的10%。

实施例11

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解混合料中，珍珠岩的由10%的0.1-0.3mm连续级珍珠岩、40%的0.3-1mm连续级珍珠岩、50%的1-1.5mm连续级珍珠岩配制而成。

实施例12

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解混合料中，珍珠岩的由20%的0.1-0.3mm连续级珍珠岩、40%的0.3-1mm连续级珍珠岩、40%的1-1.5mm连续级珍珠岩配制而成。

实施例13

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解混合料中，矿物纤维的平均长度为100μm、平均直径为10μm；碳纤维的平均长度为100μm、平均直径为10μm。

实施例14

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解混合料中，矿物纤维的平均长度为150μm、平均直径为5μm；碳纤维的平均长度为150μm、平均直径为5μm。

实施例15

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料的原料中，表面改性剂的用量为铁碳微电解混合料总重量的85%；表面改性剂为硫酸钠溶液，硫酸钠溶液中硫酸钠的质量百分浓度为8%，并利用硫酸溶液调节表面改性剂的pH值至2.5，硫酸溶液中硫酸的质量百分浓度为55%；黏结剂为高岭土；脱水好氧污泥的含水率为70%。

铁碳微电解填料的制备方法中，

S3、在氮气保护下，将初成品升温至140℃，保温处理1h，再升温至350℃，继续保温处理3h，再升温至1170℃，继续保温处理6h，降温，得到半成品。

S4、在半成品中加入表面改性剂，搅拌处理4h，过滤、烘干，得到铁碳微电解填料。

实施例16

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料的原料中，表面改性剂的用量为铁碳微电解混合料总重量的90%；表面改性剂为硫酸钠溶液，硫酸钠溶液中硫酸钠的质量百分浓度为5%，并硫酸溶液调节表面改性剂的pH值至2，硫酸溶液中硫酸的质量百分浓度为60%；黏结剂为膨润土和高岭土的混合物，且膨润土和高岭土的重量配比为1:1；脱水好氧污泥的含水率为80%。

铁碳微电解填料的制备方法中，

S3、在氮气保护下，将初成品升温至150℃，保温处理0.5h，再升温至360℃，继续保温处理2h，再升温至1180℃，继续保温处理5h，降温，得到半成品。

S4、在半成品中加入表面改性剂，搅拌处理5h，过滤、烘干，得到铁碳微电解填料。

实施例17

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，活性炭粉在使用前进行预处理。活性炭粉在使用前进行以下预处理：

在100kg水中加入硝酸铁、硝酸钛，搅拌并混合均匀，然后加入活性炭粉，搅拌处理5h，过滤，得到负载活性炭粉。

在氮气保护下，将负载活性炭粉升温至130℃，保温处理2h，再升温至630℃，继续保温处理4h，降温，得到预处理后的活性炭粉。

其中，水、硝酸铁、硝酸钛、活性炭粉的重量配比为5:0.05:0.1:1。

实施例18

一种铁碳微电解填料，其和实施例17的区别之处在于，活性炭粉的预处理中，水、硝酸铁、硝酸钛、活性炭粉的重量配比为8:0.08:0.07:1。

实施例19

一种铁碳微电解填料，其和实施例17的区别之处在于，活性炭粉的预处理中，水、硝酸铁、硝酸钛、活性炭粉的重量配比为10:0.1:0.05:1。

实施例20

一种铁碳微电解填料，其和实施例17的区别之处在于，活性炭粉的预处理中，活性炭粉在使用前进行以下预处理：

在100kg水中加入硝酸铁、硝酸钛，搅拌并混合均匀，然后加入活性炭粉，搅拌处理5.5h，过滤，得到负载活性炭粉。

在氮气保护下，将负载活性炭粉升温至140℃，保温处理1.5h，再升温至640℃，继续保温处理3h，降温，得到预处理后的活性炭粉。

实施例21

一种铁碳微电解填料，其和实施例17的区别之处在于，活性炭粉的预处理中，活性炭粉在使用前进行以下预处理：

在100kg水中加入硝酸铁、硝酸钛，搅拌并混合均匀，然后加入活性炭粉，搅拌处理6h，过滤，得到负载活性炭粉。

在氮气保护下，将负载活性炭粉升温至150℃，保温处理1h，再升温至650℃，继续保温处理2h，降温，得到预处理后的活性炭粉。

对比例

对比例1

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解混合料的原料中，未添加珍珠岩。

对比例2

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解混合料的原料中，未添加脱水好氧污泥。

对比例3

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解混合料的原料中，未添加矿物纤维。

对比例4

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解混合料的原料中，未添加珍珠岩、脱水好氧污泥、矿物纤维。

对比例5

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料的原料中，未添加表面改性剂，且铁碳微电解填料制备方法中未进行步骤S4。

对比例6

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料的原料中，未添加中心球形载体。

对比例7

一种铁碳微电解填料，其和实施例2的区别之处在于，铁碳微电解填料为中心球形载体。

性能检测试验

对实施例1-21和对比例1-7得到的铁碳微电解填料分别放置在28个固定床反应器中，固定床反应器的直径为850×3mm、高度为1500mm，铁碳微电解填料的填充体积占固定床反应器总体积的80%，然后向固定床反应器中通入某电镀厂的难降解废水，同时通入空气进行曝气，采用连续式对难降解废水连续运行6个月，并进行下述性能检测，检测结果如表2所示。

其中，难降解废水的COD为8000ppm、B/C为0.09，加入硫酸溶液，硫酸溶液中硫酸的质量百分浓度为50%，利用硫酸溶液调节pH值到3.5。

难降解废水于铁碳微电解填料的水力停留时间为4h、每1L难降解废水的空气投加量3L。

孔隙率为铁碳微电解层的孔隙率，且对比例6、对比例7中为铁碳微电解填料的孔隙率。

孔隙率下降量=6个月孔隙率-初始孔隙率。

COD去除率下降量=6个月COD去除率-初始COD去除率。

表2 检测结果

从表2中可以看出，本申请的铁碳微电解填料，具有较高的孔隙率，初始孔隙率达到60%以上，且在运行6个月后，孔隙率为49.0-55.0%，孔隙率下降量小于15%，降低铁碳微电解填料孔隙堵塞的情况。同时，本申请的铁碳微电解填料，对废水具有良好的处理效果，初始COD去除率达到70%以上，且在运行6个月后，COD去除率为63.1-69.8%，COD去除率达到60%以上，且COD去除率下降量小于10%，对废水的处理还具有良好的稳定性。

将实施例2和对比例1-4进行比较，铁碳微电解填料的原料中未添加珍珠岩或脱水好氧污泥或矿物纤维时，初始孔隙率小于55%，初始COD去除率小于65%，运行6个月后，孔隙率下降量大于15%，COD去除率下降量大于10%。铁碳微电解填料的原料中未添加珍珠岩、脱水好氧污泥、矿物纤维三者时，初始孔隙率小于35%，初始COD去除率小于55%，运行6个月后，孔隙率下降量大于20%，COD去除率下降量大于25%。实施例2中，铁碳微电解混合料中加入珍珠岩、脱水好氧污泥、矿物纤维，并利用其之间的协同作用，能够有效的提高铁碳微电解层的孔隙率，并提高铁碳微电解填料对废水处理效果，同时，降低铁碳微电解填料孔隙堵塞的情况，提高铁碳微电解填料对废水处理效果的稳定性，增加铁碳微电解填料的使用寿命。

将实施例2和对比例5进行比较，对比例5中铁碳微电解填料的原料中未添加表面改性剂，初始COD去除率为61.6%，而实施例2中铁碳微电解填料的原料中加入表面改性剂，初始COD去除率为73.6%，由此可以看出，本申请铁碳微电解填料原料中的表面改性剂，使硫酸钠、硫酸吸附在半成品孔隙内，对半成品进行活化，在铁碳微电解填料使用时，能够有效的提高铁碳微电解填料对废水的初始COD去除率，提高铁碳微电解填料对废水的初始处理效果。

将实施例2和对比例6-7进行比较，由此可以看出，在铁碳微电解填料的原料中加入中心球形载体，并利用铁碳微电解混合料、水、表面改性剂形成铁碳微电解层，且利用其之间的协同作用，有效的降低铁碳微电解填料孔隙堵塞的情况，提高铁碳微电解填料对废水处理效果的稳定性，增加铁碳微电解填料的使用寿命。

将实施例2和实施例17-21进行比较，由此可以看出，对活性炭粉进行预处理，虽然铁碳微电解填料的孔隙率稍有下降，但是提高了铁碳微电解填料对废水的处理效果，运行6个月后，COD去除率在65%以上。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种铁碳微电解填料，其特征在于：铁碳微电解填料包括中心球形载体、包覆在中心球形载体表面的铁碳微电解层；

铁碳微电解填料由包含以下原料制成：中心球形载体、铁碳微电解混合料、水、表面改性剂；

中心球形载体和铁碳微电解混合料的重量配比为1:(3-5)，水的添加量为铁碳微电解混合料总重量的5-10%，表面改性剂的用量为铁碳微电解混合料总重量的80-90%；

中心球形载体为大孔体积二氧化硅载体；

表面改性剂为硫酸钠溶液，硫酸钠溶液中硫酸钠的质量百分浓度为5-10%，并利用硫酸溶液调节表面改性剂的pH值到2-3，硫酸溶液中硫酸的质量百分浓度为50-60%；

铁碳微电解混合料由包含以下重量份的原料制成：海绵铁粉40-50份、活性炭粉5-15份、碳纤维4-7份、黏结剂7-9份、二氧化硅粉7-10份、珍珠岩9-11份、脱水好氧污泥7-9份、矿物纤维4-6份；

所述的铁碳微电解填料的制备方法，包括如下步骤：

将海绵铁粉、活性炭粉、二氧化硅粉、珍珠岩、碳纤维，搅拌并混合均匀，得到预混料a，备用；

在矿物纤维中加入脱水好氧污泥，进行搅拌，使部分脱水好氧污泥均匀的附着在矿物纤维表面，得到预混料b，备用；

S1、在预混料a中加入预混料b、黏结剂，搅拌并混合均匀，得到铁碳微电解混合料；

S2、在中心球形载体中加入铁碳微电解混合料，搅拌并混合均匀，然后喷洒加入水，使铁碳微电解混合料连同水一起包覆在中心球形载体表面，得到初成品；

S3、在惰性气体保护下，将初成品升温至130-150℃，保温处理0.5-1h，再升温至340-360℃，继续保温处理2-4h，再升温至1150-1180℃，继续保温处理5-7h，降温，得到半成品；

S4、在半成品中加入表面改性剂，搅拌处理3-5h，过滤、烘干，得到铁碳微电解填料。

2.根据权利要求1所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于：所述海绵铁粉、活性炭粉、二氧化硅粉的粒径均为10-30μm连续级配；

珍珠岩采用三级级配，且珍珠岩由以下重量百分比的原料配制而成：0.1-0.3mm连续级珍珠岩10-20%、0.3-1mm连续级珍珠岩30-40%、1-1.5mm连续级珍珠岩40-50%。

3.根据权利要求2所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于：所述矿物纤维的平均长度为100-150μm、平均直径为5-10μm；

碳纤维的平均长度为100-150μm、平均直径为5-10μm。

4.根据权利要求1所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于：所述中心球形载体的平均粒径为2-4cm。

5.根据权利要求1所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于：所述中心球形载体上开设有贯穿其中心的孔道。

6.根据权利要求1所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于：所述活性炭粉在使用前进行以下预处理：

在水中加入硝酸铁、硝酸钛，搅拌并混合均匀，然后加入活性炭粉，搅拌处理5-6h，过滤，得到负载活性炭粉；

在惰性气体保护下，将负载活性炭粉升温至130-150℃，保温处理1-2h，再升温至630-650℃，继续保温处理2-4h，降温，得到预处理后的活性炭粉。

7.根据权利要求6所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于：所述水、硝酸铁、硝酸钛、活性炭粉的重量配比为(5-10):(0.05-0.1):(0.05-0.1):1。

8.根据权利要求1所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于：所述黏结剂为高岭土、膨润土中的一种或两种。

9.根据权利要求1所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于：所述脱水好氧污泥的含水率为60-80%。

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