[發明專利]一種復合微電解填料的制備方法及處理廢水的方法

有效

• 申請號: 201911245277.X
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN110921789B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 劉詠;郭金瑞;陳勇;安保華;段炳會;鐘昱卿
• 申請（專利權）人: 四川師范大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/463;C02F1/467;C02F1/72;C02F9/06
• 代理公司: 成都巾幗知識產權代理有限公司 51260
• 代理人: 邢偉

本發明公開了一種復合微電解填料的制備方法及處理廢水的方法。該方法制備的復合微電解填料在使用過程中能和氧氣反應原位產生H₂O₂并發生Fenton氧化反應，解決了目前常規微電解填料聯合Fenton氧化時面臨的H₂O₂藥劑成本高，而且難以運輸和貯存的問題，且本發明配方簡單，燒結溫度低，在常溫常壓下能和水中的溶解氧反應生成過氧化氫、羥基自由基等強氧化性物種，有效降解水中的有機污染物，具有明顯的經濟效益和環境效益。因此，本發明方法操作簡單、制備方便、環境友好、成本低、適用于工業化大規模生產。

技術領域

本發明屬于廢水處理技術領域，具體涉及一種復合微電解填料的制備方法及處理廢水的方法。

背景技術

微電解技術又稱內電解技術，其主要技術原理是將鐵碳微電解填料浸入廢水中，由于鐵和碳之間存在電極電位差，在廢水中會形成無數個以電位低的鐵為陰極，電位高的碳為陽極的腐蝕微電池。這些細微電池以廢水為電解質溶液，發生電化學的電極反應，產生活性電極產物如新生態H等，能與廢水中的有機污染物發生氧化還原反應，使其降解去除；同時電極反應過程中產生的鐵離子可通過絮凝和吸附作用進一步去除水中的有機污染物。該技術已在高色度、高含鹽量、難生物降解有機廢水處理中得到了廣泛應用。

鐵碳微電解填料是影響微電解技術處理廢水效果的關鍵因素。傳統的微電解填料一般為鐵屑和木炭，鐵與炭之間物理接觸，使用前不僅需要加酸堿活化，而且在發生電極反應過程中，電子難以有效傳遞而效果較差。近年來，人們通過高溫燒結來增強鐵與炭之間的接觸，可以提高微電解填料使用過程中的電極反應效率。盡管如此，改進后的鐵碳微填料在廢水處理過程中產生的活性物種的種類和數量仍然很少，對有機污染物的降解效率較差。這就使得很多廢水在進行微電解處理后，還要利用水中產生的鐵離子在外加H₂O₂的條件下發生Fenton氧化才能實現有機污染物的有效降解。外加H₂O₂不僅造成藥劑成本高，而且H₂O₂易分解的特性會造成其運輸和貯存的安全風險。如何利用微電解聯合Fenton氧化過程來提高有機污染物的降解效率是目前微電解填料研制中的一個難點。因此，急需研發一種新型、高效、操作簡單的微電解填料使其在使用過程中能原位產生H₂O₂并發生Fenton氧化反應的微電解技術來處理廢水。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種在使用過程中能和氧氣反應原位產生H₂O₂并發生Fenton氧化反應的新型微電解填料的制備和應用方法，解決了目前常規微電解填料聯合Fenton氧化時面臨的H₂O₂藥劑成本高，而且難以運輸和貯存的問題。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：一種復合微電解填料的制備方法，它采用以下方法制備：

將鐵碳復合物和銅鹽加入去離子水中，在溫度為40～60℃、溶解氧濃度為0.1～6mg/L、攪拌速率為150～250r/min的條件下進行置換和氧化反應5～15min，反應后將溶液固液分離，所得固體在冷阱溫度為-40～-80℃，真空度為1～10Pa的條件下冷凍干燥2～4h，即制得復合微電解填料。

進一步地，所述的鐵碳復合物采用以下方法制備：將鐵鹽、鞣酸和導電性碳材料混合均勻，放入高能球磨罐中以粒徑為3～6mm的鋯球為研磨介質在氬氣保護下進行球磨，球磨轉速為400～800r/min，球磨時間為2～4h，將球磨后的樣品放入管式爐中，在溫度為450～650℃，氬氣流速為80～120ml/min的條件下燒結1.5～3h，冷卻至室溫后制得鐵碳復合物。

進一步地，所述鐵鹽為氯化鐵或硫酸鐵，所述導電性碳材料為碳納米管、石墨或碳黑中的任意一種。

進一步地，所述鐵鹽、鞣酸和導電性碳材料的質量比為1～10:1:1。