一種粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種粉末冶金催化內(nèi)電解填料，具體是指一種用于催化內(nèi)電解反應(yīng)的 鐵基粉末冶金填料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 催化內(nèi)電解是由原電池反應(yīng)原理發(fā)展而來的污水處理技術(shù)，采用催化內(nèi)電解法無 需外加電源即可在兩極間形成電位差產(chǎn)生電化學反應(yīng)，通過微電子及非穩(wěn)態(tài)離子的綜合作 用，有效去除大分子、有毒有害、難生物降解物質(zhì)的同時提高廢水的可生化性，具有適用范 圍廣、處理效率高及運行操作簡便等特點。鐵基催化內(nèi)電解技術(shù)是在酸性充氧條件下，利用 鐵碳內(nèi)電解反應(yīng)生成具有較強化學活性的新生態(tài)陽]使得大分子有機污染物開環(huán)、斷鏈，將 其分裂解為小分子，達到去除污染物和提高廢水可生化性的目的。同時生成的化通過后續(xù) 加堿生成化(0H)2和化(0H)3絮狀物，發(fā)生混凝吸附作用，能使廢水中微小的分散顆粒W及脫 穩(wěn)膠體形成絮體沉淀，從而降低污染物濃度和廢水色度。
[0003] 盡管催化內(nèi)電解技術(shù)對工業(yè)廢水預(yù)處理有良好的效果，但在實際應(yīng)用中還存在一 些問題。（1)純化現(xiàn)象。現(xiàn)有內(nèi)電解填料使用一段時間后，表面會形成一層純化膜，阻斷了污 染物質(zhì)與填料的傳質(zhì)過程，從而影響處理效率。（2)板結(jié)現(xiàn)象。鐵碳填料發(fā)生電化學腐蝕的 同時容易出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，造成溝流，從而減少了填料與廢水的有效接觸面積導(dǎo)致處理效果 下降，同時還影響填料反沖洗和補充更換問題。（3)效率低、壽命短。市售鐵碳填料在使用過 程中由于鐵消耗快，鐵碳比例下降，電化學性能隨之下降，處理效果變差；同時使用中碳大 量流失，造成鐵碳填料壽命短。
[0004] 因此，研發(fā)生產(chǎn)電化學作用穩(wěn)定、處理效率高、損耗率低，并能有效應(yīng)對填料板結(jié) 純化現(xiàn)象的催化內(nèi)電解填料是當今內(nèi)電解技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種處理效率高、損耗率低、易于加工、綜合性能優(yōu)良、并 能有效克服填料板結(jié)純化的催化內(nèi)電解填料，該填料適用于造紙、印染、醫(yī)藥、煉焦、石油化 工等難生物降解有機廢水的預(yù)處理、脫色及重金屬廢水處理等方面，減輕高濃度有機廢水 及重金屬廢水對生態(tài)環(huán)境的破壞和人類健康的危害。
[0006] 本發(fā)明提出的一種粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料，所述填料含有Fe、C、Cu和Ni，各 組分的質(zhì)量百分比為:C 2%~4%，Cu 0.1%~0.3%，Ni 0.1%~0.3%，其余為鐵，其總質(zhì)量滿足 !00%〇
[0007] 本發(fā)明中，所述鐵、碳、銅、儀均W單質(zhì)形式加入，其中，鐵為純度含99.5%、粒度為 100~200目的氣霧化鐵粉;碳為純度含99.8%、粒度為100~200目的活性炭粉;銅為純度> 99.8%、粒度為100~200目的電解銅粉;儀為純度含99.8%、粒度為100~200目的電解儀粉。
[000引本發(fā)明提出的粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料的制備方法，該方法包括如下步驟： (1):稱取粉末 按下述質(zhì)量百分比計的組分及其含量稱取粉末:活性炭粉2%~4%，銅粉0.1%~0.3%，儀粉 0.1 %~0.3%，余量為鐵粉； (2) :混合粉末 將步驟一所述的粉末置于高能球磨機中進行球磨，直至球磨粉末細化至納米級，得到 的混合均勻的粉末； (3) :壓制成型 將步驟(2)得到的混合均勻的粉末裝入模具中，在室溫下利用油壓機進行壓制，得到生 巧，控制壓制壓力為400 MPa~eOOMPa，保壓時間為5 min~15 min; (4) :燒結(jié) 將壓制好的生巧置于工業(yè)網(wǎng)帶燒結(jié)爐進行燒結(jié)處理，隨爐冷卻后得到粉末冶金鐵基催 化內(nèi)電解填料。
[0009] 本發(fā)明中，步驟(2)中球磨罐及磨球均為不誘鋼，球料質(zhì)量比為8:1~10:1，磨球直 徑為6、10和15mm，其質(zhì)量比為l:4:l，球磨機轉(zhuǎn)速為200 r/min~220 r/min，球磨時間為10 h~30 h。
[0010] 本發(fā)明中，步驟(4)中所述燒結(jié)處理氣氛為分解氨，壓巧先在800°C中預(yù)燒結(jié)0.5 h ~1 h，然后在1120°C中燒結(jié)1 h~2 h，冷卻段為800°C，冷卻時間0.5 h~1 h。與傳統(tǒng)鐵碳微電 解填料相比本發(fā)明填料的突出特點： 1，本發(fā)明單位重量范圍內(nèi)原電池個數(shù)更多，電極電勢更強，電流密度更大，電化學作用 穩(wěn)定，可有效克服填料板結(jié)純化問題。
[0011] 2,本發(fā)明用于工業(yè)廢水處理時可綜合發(fā)揮電化學反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、電泳反應(yīng)、 吸附反應(yīng)、絮凝反應(yīng)，處理效率高，設(shè)備投資及運行費用低。
[0012] 3,本發(fā)明制備工藝流程簡單，處理工業(yè)廢水所需構(gòu)筑物容易建造，便于推廣。
[0013] 4,本發(fā)明用于工業(yè)廢水處理時污泥產(chǎn)生量少、沉降性能好、分離速度快，便于處 理。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明制備工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面通過實施例結(jié)合處理實際廢水進一步說明本發(fā)明。
[0016] 實施例1 粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料制備及其處理焦化廢水 制備成分為Fe3C0.2化0.2Ni(質(zhì)量分數(shù)，下同）的粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料，所用 原料為粒度100~200目的氣霧化鐵粉、粒度100~200目的活性炭粉、粒度100~200目的電解銅 粉、粒度100~200目的電解儀粉。按照成分配比稱取原料粉末，將粉末置于高能球磨機中進 行球磨，直至粉末細化至納米級。球磨罐及磨球均為不誘鋼，球料質(zhì)量比為10:1，磨球直徑 為6、10和15 111111，其質(zhì)量比為1:4:1，球磨時間20}1，球磨機轉(zhuǎn)速210以111111。將混合均勻的粉 末裝入模具中，在室溫下利用油壓機進行壓制，壓力為500 MPa,保壓時間為10 min。將壓制 好的生巧置于工業(yè)網(wǎng)帶燒結(jié)爐進行燒結(jié)處理，燒結(jié)氣氛為分解氨，壓巧先在80(TC中預(yù)燒結(jié) 0.5 h，然后在112(TC中燒結(jié)1 h，最后在800°C中冷卻0.5 h。隨爐冷卻后得到粉末冶金鐵基 催化內(nèi)電解填料。
[0017]將上述制得的粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料處理西昌某焦化廠焦化廢水，當進水 COD為3780 mg/L、揮發(fā)酪524 mg/L、色度400倍、B/C比0.21時，在最佳工藝條件初始抑值3、 反應(yīng)時間90 min、曝氣量6 L/h，反應(yīng)后采用化(0H)2調(diào)節(jié)pH值至9,加入PAM進行混凝沉淀， 出水COD為2260 mg/L、揮發(fā)酪278 mg/L、色度50倍，去除率分別為40.2%、46.9%、87.5%，B/C 比提高至0.39。
[001引實施例2 粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料制備及其處理制漿廢水 制備成分為Fe3C0.2CuO. 2M的粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料，所用原料為粒度100~ 200目的氣霧化鐵粉、粒度100~200目的活性炭粉、粒度100~200目的電解銅粉、粒度100~200 目的電解儀粉。按照成分配比稱取原料粉末，將粉末置于高能球磨機中進行球磨，直至粉末 細化至納米級。球磨罐及磨球均為不誘鋼，球料質(zhì)量比為10:1，磨球直徑為6、10和15 mm，其 質(zhì)量比為1:4:1，球磨時間20 h，球磨機轉(zhuǎn)速210 r/min。將混合均勻的粉末裝入模具中，在 室溫下利用油壓機進行壓制，壓力為500 MPa,保壓時間為10 min。將壓制好的生巧置于工 業(yè)網(wǎng)帶燒結(jié)爐進行燒結(jié)處理，燒結(jié)氣氛為分解氨，壓巧先在80(TC中預(yù)燒結(jié)0.5 h，然后在 1120°C中燒結(jié)1 h，最后在800°C中冷卻0.5 h。隨爐冷卻后得到粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填 料。
[0019] 將上述制得的粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料處理海南某制漿造紙廠制漿廢水，當 進水COD為2400 mg/L、色度280倍、B/C比為0.23時，在最佳工藝條件初始pH值3、反應(yīng)時間90 min、曝氣量6 L/h，反應(yīng)后采用Ca(0H)2調(diào)節(jié)pH值至9,加入PAM進行混凝沉淀，出水COD為 1000 mg/L、色度50倍，去除率分別為58.3%、82.1%，B/C比提高至0.42。
[0020] 實施例3 粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料制備及其處理印染廢水 制備成分為Fe3C0.2CuO. 2M的粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料，所用原料為粒度100~ 200目的氣霧化鐵粉、粒度100~200目的活性炭粉、粒度100~200目的電解銅粉、粒度100~200 目的電解儀粉。按照成分配比稱取原料粉末，將粉末置于高能球磨機中進行球磨，直至粉末 細化至納米級。球磨罐及磨球均為不誘鋼，球料質(zhì)量比為10:1，磨球直徑為6、10和15 mm，其 質(zhì)量比為1:4:1，球磨時間20 h，球磨機轉(zhuǎn)速210 r/min。將混合均勻的粉末裝入模具中，在 室溫下利用油壓機進行壓制，壓力為500 MPa,保壓時間為10 min。將壓制好的生巧置于工 業(yè)網(wǎng)帶燒結(jié)爐進行燒結(jié)處理，燒結(jié)氣氛為分解氨，壓巧先在80(TC中預(yù)燒結(jié)0.5 h，然后在 1120°C中燒結(jié)1 h，最后在800°C中冷卻0.5 h。隨爐冷卻后得到粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填 料。
[0021] 將上述制得的粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料處理紹興某印染廠印染廢水，當進水 COD為2350 mg/L、色度340倍時，在最佳工藝條件初始抑值3、反應(yīng)時間90 min、曝氣量6 L/ h，反應(yīng)后采用Ca(0H)2調(diào)節(jié)pH值至9,加入PAM進行混凝沉淀，出水COD為900 mg/L、色度50 倍，去除率分別為61.7%、85.3%。
[0022] 實施例4 粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料制備及其處理重金屬廢水 制備成分為Fe3C0.2CuO. 2Ni的粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料，所用原料為粒度100~ 200目的氣霧化鐵粉、粒度100~200目的活性炭粉、粒度100~200目的電解銅粉、粒度100~200 目的電解儀粉。按照成分配比稱取原料粉末，將粉末置于高能球磨機中進行球磨，直至粉末 細化至納米級。球磨罐及磨球均為不誘鋼，球料質(zhì)量比為10:1，磨球直徑為6、10和15 mm，其 質(zhì)量比為1:4:1，球磨時間20 h，球磨機轉(zhuǎn)速210 r/min。將混合均勻的粉末裝入模具中，在 室溫下利用油壓機進行壓制，壓力為500 MPa,保壓時間為10 min。將壓制好的生巧置于工 業(yè)網(wǎng)帶燒結(jié)爐進行燒結(jié)處理，燒結(jié)氣氛為分解氨，壓巧先在80(TC中預(yù)燒結(jié)0.5 h，然后在 1120°C中燒結(jié)1 h，最后在800°C中冷卻0.5 h。隨爐冷卻后得到粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填 料。
[0023] 將上述制得的粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料處理江西某冶煉廠重金屬廢水，在最 佳工藝條件初始pH值3、反應(yīng)時間90 min、曝氣量6 L/h，反應(yīng)后采用化(0H)2調(diào)節(jié)抑值至9， 加入PAM進行混凝沉淀，進出水水質(zhì)見表1。
[0024] 表1重金屬廢水進出水水質(zhì)


【主權(quán)項】
1. 一種粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料，其特征在于:所述填料含有Fe、C、Cu和Ni，各組 分的質(zhì)量百分比為:C 2%~4%，Cu 0.1%~0.3%，Ni 0.1%~0.3%，其余為鐵，其總質(zhì)量滿足100%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料，其特征在于:所述鐵、碳、 銅、鎳均以單質(zhì)形式加入，其中，鐵為純度2 99.5%、粒度為100~200目的氣霧化鐵粉;碳為純 度2 99.8%、粒度為100~200目的活性炭粉;銅為純度2 99.8%、粒度為100~200目的電解銅 粉;鎳為純度2 99.8%、粒度為100~200目的電解鎳粉。3. -種如權(quán)利要求1所述的粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料的制備方法，其特征在于:該 方法包括如下步驟： (1) :稱取粉末 按下述質(zhì)量百分比計的組分及其含量稱取粉末:活性炭粉2%~4%，銅粉0.1%~0.3%，鎳粉 0.1%~0.3%，余量為鐵粉； (2) :混合粉末 將步驟一所述的粉末置于高能球磨機中進行球磨，直至球磨粉末細化至納米級，得到 的混合均勻的粉末； (3) :壓制成型 將步驟(2)得到的混合均勻的粉末裝入模具中，在室溫下利用油壓機進行壓制，得到生 坯，控制壓制壓力為400 MPa~600MPa，保壓時間為5 min~15 min; (4) :燒結(jié) 將壓制好的生坯置于工業(yè)網(wǎng)帶燒結(jié)爐進行燒結(jié)處理，隨爐冷卻后得到粉末冶金鐵基催 化內(nèi)電解填料。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料的制備方法，其特征在于： 步驟(2)中球磨罐及磨球均為不銹鋼，球料質(zhì)量比為8:1~10:1，磨球直徑為6、10和15 mm，其 質(zhì)量比為1:4:1，球磨機轉(zhuǎn)速為20〇1'/111；[11~22〇1'/111；[11，球磨時間為10 11~30 11。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料的制備方法，其特征在于： 步驟(4)中所述燒結(jié)處理氣氛為分解氨，壓坯先在800°C中預(yù)燒結(jié)0.5 h~l h，然后在1120°C 中燒結(jié)1 h~2 h，冷卻段為800°C，冷卻時間0.5 h~l h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)，具體是指一種粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料及其制備方法。按照各組分的重量百分比稱取一定粒度的鐵粉、活性炭粉、銅粉、鎳粉。采用球磨法將粉末混合均勻并細化至納米級。通過模壓成型工藝壓制成具有一定形狀的生坯。將生坯放入工業(yè)網(wǎng)帶燒結(jié)爐進行燒結(jié)，隨爐冷卻后得到粉末冶金鐵基催化內(nèi)電解填料。本發(fā)明工藝過程簡單，所制備的粉末冶金填料與現(xiàn)有內(nèi)電解填料相比，具有電化學作用穩(wěn)定，處理效率高，損耗率低，材料成品率高，易于加工的特點。
【IPC分類】C02F1/461, C02F1/463, C02F1/467, C02F1/469
【公開號】CN105712443
【申請?zhí)枴緾N201610056317
【發(fā)明人】潘碌亭, 王九成, 董恒杰
【申請人】同濟大學