[發(fā)明專利]含納米處理單元的鐵碳填料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110263566.3
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113003803B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱成成;陳萌萌;劉尚;劉茲敏
• 申請（專利權(quán)）人: 南京樂透思高新材料科技有限公司
• 主分類號: C02F9/00
• 分類號: C02F9/00;C02F1/461;C02F1/28;C02F101/20;C02F103/16
• 代理公司: 北京智丞瀚方知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11810
• 代理人: 白月霞

本發(fā)明涉及一種含納米處理單元的鐵碳填料及其制備工藝。具體地，本發(fā)明的鐵碳填料由下述質(zhì)量比例原料經(jīng)化學(xué)反應(yīng)制備而成：以鐵離子質(zhì)量計(jì)15至25重量份的含鐵溶液，5至15重量份的生物質(zhì)材料、0.1至0.2重量份的鈦基化合物、3至5重量份的化學(xué)修飾劑以及0.5至1.5重量份的輔助金屬鹽。本發(fā)明的鐵碳填料以化工污水和可再生生物質(zhì)作為原料經(jīng)化學(xué)反應(yīng)制備而成，實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)利用的同時(shí)，形成大量納米鐵碳處理單元，從而大大增加了單位體積內(nèi)對有機(jī)污染物形成有效電化學(xué)降解反應(yīng)的原電池的數(shù)量，從根本上提高鐵碳填料的效率，適用于各類污水的深度處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及含納米處理單元的鐵碳填料及其制備方法。

背景技術(shù)

鐵碳微電解技術(shù)自20世紀(jì)60年代問世以來，便在多個(gè)國家地區(qū)引起廣泛重視。現(xiàn)今，該技術(shù)是處理高濃度難降解有機(jī)污水的理想工藝。該技術(shù)利用金屬腐蝕原理，形成原電池對污水進(jìn)行處理，又稱內(nèi)電解法、鐵屑過濾法等。它是在不通電的情況下，利用填充在污水中的微電解材料自身產(chǎn)生的電位差對污水進(jìn)行電解處理，以達(dá)到降解有機(jī)污染物且同時(shí)提高污水的可生化性的目的。

傳統(tǒng)微電解材料多采用鐵屑和活性炭顆粒機(jī)械摻混，從而導(dǎo)致需要頻繁更換微電解填料的問題。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前國內(nèi)市面上銷售和使用的鐵碳微電解材料，其生產(chǎn)工藝通常可分為物理壓制，低溫?zé)Y(jié)壓制以及高溫?zé)Y(jié)。

對于通過物理壓制的鐵碳填料，原材料經(jīng)過攪拌和壓球機(jī)的物理壓制后成型風(fēng)干。因此，各材料之間為物理接觸，導(dǎo)致材料間很容易形成隔離層，進(jìn)行出現(xiàn)陰陽極分離，影響原電池反應(yīng)。并且由該方法所得的鐵碳填料在酸性介質(zhì)中長期浸泡后易于板結(jié)成塊，造成堵塞，形成溝流，導(dǎo)致操作困難，處理效果降低。

對于低溫?zé)Y(jié)壓制，在土窯燒制過程中會因?yàn)槭軣岵痪斐商盍闲再|(zhì)不穩(wěn)定，鐵碳填料表面和內(nèi)部氧化，導(dǎo)致在實(shí)際使用中不僅處理效果差，而且板結(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重，達(dá)不到實(shí)際工程應(yīng)用的需求。

而對于后續(xù)發(fā)展的高溫?zé)Y(jié)工藝，其通常采用高溫?zé)Y(jié)使鐵碳填料的內(nèi)部燒結(jié)成鐵碳合金的結(jié)構(gòu)。其中由多元金屬熔合多種催化劑通過高溫熔煉形成一體化合金，保證“原電池”效應(yīng)持續(xù)高效，因而被越來越多的應(yīng)用到實(shí)際的污水處理中去。然而，經(jīng)由高溫?zé)Y(jié)法所制得的鐵碳填料仍然存在諸多問題，諸如活性差，分散效果不佳，成本高，容易造成環(huán)境污染，以及高分散活性材料的制備方法的應(yīng)用范圍小。

針對于鐵碳填料的效率低下、易于板結(jié)等缺陷，現(xiàn)已提出了多種解決方法。例如，CN110921788A中提出了通過傳統(tǒng)混合工藝來混合納米級別的鐵粉和碳粉，其無法從根本上解決物理壓制方法所具有的不足。CN206828161U、CN203529985U、CN106809922A、CN105236521A、CN203170695U中提出了在現(xiàn)有填料的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)填料形狀、粒度或改進(jìn)比表面積及孔道結(jié)構(gòu)等方式來提高填料的處理效率和避免板結(jié)；CN102276021A、CN102951708A、CN101704565A等則是通過新的添加劑，例如引入金屬添加劑(催化劑)來形成多元微電解填料，來增加電極電位差，提高電化學(xué)反應(yīng)效率，提高污水處理效率。然而，此類固體顆粒型鐵碳原料構(gòu)成的原電池嚴(yán)格意義上講當(dāng)歸屬于宏電池或相對微電池。由于對有機(jī)污染物形成有效電化學(xué)降解反應(yīng)的微原電池的數(shù)量顯著受限于材料微粒的粒徑和數(shù)量，因此單位體積內(nèi)的微原電池?cái)?shù)量在上述解決方案是受限的，導(dǎo)致污水處理過程電流密度低。因此，上述手段對污水處理效率的提高作用有限。

因此，開發(fā)新的高活性的鐵碳填料材料及其制備工藝具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種含納米處理單元的鐵碳填料及其制備方法，其在處理污水的過程中，能夠形成大量納米鐵碳處理單元，從而大大增加了單位體積內(nèi)對有機(jī)污染物形成有效電化學(xué)降解反應(yīng)的原電池的數(shù)量，從根本上提高了鐵碳填料的效率。