多元微电解填料及其制备方法

技术领域

本发明属于填料制备领域，具体涉及一种用于处理含磷废水的多元微电解填料。

背景技术

铁碳微电解是最常见的二元原电池，二元微电解反应体系，是铁作为阳极，碳作为阴极。微电解具有两方面的作用，一方面通过电极间电子的得失，产生电化学作用，另一方面是通过金属腐蚀，还原能力很强的Fe

近年来，铁碳微电解技术在处理含磷废水方面己经有了许多应用。铁碳填料制备技术也有很大的演变，传统的制备方式有铁屑堆填、铁碳堆填和规整填料等，其中以规整填料应用最为广泛。铁屑堆填处理时间较长且易发生填料板结问题；铁碳堆填构成的铁碳原电池获得良好的除磷效果，但随着处理时间的增加，会出现阴阳极分离和板结问题；利用粘合剂将碳粉、铁粉按照一定比例混合并通过烧制规整成型，进行规整后的填料强化了阴阳极接触避免了分离问题，是目前主要的商业应用填料，但是使用前需加入酸碱活化，且磷去除效果不稳定。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种多元微电解填料，其可以提高处理后的出水水质。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种多元微电解填料的制备方法，该制备方法可以增强填料强度，避免填料板结、钝化。

本发明多元微电解填料，主要由以下质量百分数的材料制备而成：还原性铁粉10-40％、石墨粉18-25％、膨润土30-50％、碳酸氢铵1-2％、催化剂14-48％。

本发明多元微电解填料，其中，所述催化剂包括铝粉10-40％、铜粉1-2％、镍粉1-2％、硅粉1-2％、锰粉1-2％。

本发明多元微电解填料，其中，所述多元微电解填料填料的压碎强度≥140kg/cm

本发明多元微电解填料中，添加多种催化剂，促进了电化学作用及金属腐蚀，反应过程中产生的新生态[H]与Fe

本发明多元微电解填料中，催化剂的加入不仅提高了填料的化学性能，而且提高了填料的物理性能；催化剂中的铝为一种两性金属，其在酸性或碱性条件下均有较高活性，应用广泛，可降低因废水PH调节消耗酸碱所产生的成本。

本发明多元微电解填料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将制备多元微电解填料的材料加水混合均匀放入填料成型机中成型；

步骤二：将成型后的填料置于真空干燥箱中进行干燥；

步骤三：将干燥后的填料在高温下进行真空烧结，冷却备用。

本发明多元微电解填料的制备方法，其中，所述步骤一中，制备多元微电解填料的材料加水混合后在填料成型机中加工成20-50mm椭球形。

本发明多元微电解填料的制备方法，其中，所述步骤二中，干燥温度为120℃，干燥时间为60min。

本发明多元微电解填料的制备方法，其中，所述步骤三中，干燥后的填料置于真空气氛箱式炉中进行真空烧结，真空气氛箱式炉中的真空度为-0.05-0.10MPa，升温程序为：首先，真空气氛箱式炉内温度调至120℃，保持30min；其次，升温至600℃，保持30min；然后，继续升温至900℃-1300℃，烧结90min。

本发明多元微电解填料的制备方法，其中，所述步骤三中，填料烧结完成后，自然冷却至室温。

本发明多元微电解填料的制备方法，其中，所述步骤三中，冷却后的填料进行浸泡清洗，备用。

本发明多元微电解填料的制备方法，使填料在真空环境下干燥，可防止填料氧化，降低了填料含水率，防止烧结过程出现破碎，升温时采用逐步升温的方式，防止填料开裂，烧结温度的控制可使烧结的填料具有合金特点，增强了填料的强度，使用时可避免填料板结、钝化。

具体实施方式

下面将对本发明实施例进行清楚、详细地描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，在没有创造性的工作下获得的成果属于本发明的保护范围。

本发明多元微电解填料，主要由以下质量百分数的材料制备而成：还原性铁粉10-40％、石墨粉18-25％、膨润土30-50％、碳酸氢铵1-2％、催化剂14-48％，其中，催化剂包括铝粉10-40％、铜粉1-2％、镍粉1-2％、硅粉1-2％、锰粉1-2％。多元微电解填料的压碎强度≥140kg/cm

多元微电解填料的材料按照质量比组成：还原性铁粉占总质量的10-40％，铝粉占总质量的10-40％，石墨粉占总质量的18-25％，膨润土占总质量的10-50％，碳酸氢铵占总质量的1-2％，铜粉占总质量的1-2％，镍粉占总质量的1-2％，硅粉占总质量的1-2％，锰粉占总质量的1-2％。

其中，铝粉和还原性铁粉的总质量与石墨粉总质量比例最优为5:2，物质比例按照物质量比进行混合，使得微电解体系中原电池数量最大，微电解作用效果提高。

其中，膨润土的含量最好为30％。含量低于30％，随着膨润土含量的减少烧结填料强度出现不足。含量高于30％，随着膨润土含量的增加，去除效果受到影响。

本发明多元微电解填料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将制备多元微电解填料的材料加水混合均匀放入填料成型机中加工成20-50mm椭球形；填料成型颗粒粒径的最优值为20mm，填料的尺寸决定了填料的表面积，表面积越大，微电解作用效果越明显。

步骤二：将成型后的填料置于真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为60min；真空环境干燥，可防止填料氧化，降低填料含水率，防止烧结过程出现破碎。

步骤三：将干燥后的填料置于真空气氛箱式炉中进行真空烧结，真空气氛箱式炉中的真空度为-0.05-0.10MPa，升温程序为：首先，真空气氛箱式炉内温度调至120℃，保持30min；其次，升温至600℃，保持30min；然后，继续升温至900℃-1300℃，烧结90min；填料烧结完成后，自然冷却至室温；冷却后的填料进行浸泡清洗，备用。

升温程序采用逐步升温，防止填料开裂，烧结温度可以为900-1300℃，但最好在1200℃烧结90min，烧结填料具有合金特点，强度较大。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明多元微电解填料及其制备方法进行详细描述。

实施例1

本实施例多元微电解填料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将还原性铁粉、铝粉、石墨粉、膨润土、碳酸氢铵、铜粉、镍粉、硅粉、锰粉按照质量比为25％、25％、20％、30％、1％、1％、2％、1％、1％加水混合，混合后放入填料成型机，制成粒径为20mm的椭球形填料。

步骤二：将制备好的填料置于120℃的真空干燥箱中干燥60min。

步骤三：干燥后的填料置于真空气氛箱式炉中，真空度为-0.05-0.10MPa，升温程序：首先120℃保持30min；其次升温至600℃，保持30min；然后继续升温至900℃烧结90min；烧结完成后、在真空环境下自然冷却至室温，清洗浸泡备用。

利用本实施例多元微电解填料的制备方法制备的多元微电解填料处理含磷废水，不调整进出水pH值，在初始浓度10mg/L，停留时间90min的条件下，可以实现总磷95.5％的去除率。

实施例2

本实施例多元微电解填料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将还原性铁粉、铝粉、石墨粉、膨润土、碳酸氢铵、铜粉、镍粉、硅粉、锰粉按照质量比为37.5％、12.5％、20％、10％、1％、1％、2％、1％、1％加水混合，混合后放入填料成型机，制成粒径为50mm的椭球形填料。

步骤二：将制备好的填料置于120℃的真空干燥箱中干燥60min。

步骤三：将干燥后的填料置于真空气氛箱式炉中，真空度为-0.05-0.10MPa，升温程序：首先120℃保持30min；其次升温至600℃，保持30min；然后继续升温至1200℃烧结90min；烧结完成后、在真空环境下自然冷却至室温，清洗浸泡备用。

应用本实施例多元微电解填料的制备方法制备的多元微电解填料处理含磷废水，不调整进出水pH值，在初始浓度10mg/L，停留时间90min的条件下，可以实现总磷92％的去除率。

实施例3

本实施例多元微电解填料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将还原性铁粉、铝粉、石墨粉、膨润土、碳酸氢铵、铜粉、镍粉、硅粉、锰粉按照质量比为12.5％、37.5％、20％、50％、1％、1％、2％、1％、1％加水混合，混合后放入填料成型机，制成粒径为20mm的椭球形填料。

步骤二：将制备好的填料置于120℃的真空干燥箱中干燥60min。

步骤三：将干燥后的填料置于真空气氛箱式炉中，真空度为-0.05-0.10MPa；升温程序：首先120℃保持30min；其次升温至600℃，保持30min；然后继续升温至1200℃烧结90min；烧结完成后、在真空环境下自然冷却至室温，清洗浸泡备用。

应用本实施例多元微电解填料的制备方法制备的多元微电解填料处理含磷废水，不调整进出水pH值，在初始浓度10mg/L，停留时间90min的条件下，可以实现总磷93％的去除率。

实施例4

一种多元微电解填料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将还原性铁粉、铝粉、石墨粉、膨润土、碳酸氢铵按照质量比为25％、25％、20％、30％、1％进行加水混合，混合后放入填料成型机，制成粒径为20mm的椭球形填料。

步骤二：将制备好的填料置于120℃的真空干燥箱中干燥60min。

步骤三：将干燥后的填料置于真空气氛箱式炉中，真空度为-0.05-0.10MPa，升温程序：首先120℃保持30min；其次升温至600℃，保持30min；然后继续升温至900℃烧结90min；烧结完成后、在真空环境下自然冷却至室温，清洗浸泡备用。

应用本实施例多元微电解填料的制备方法制备的多元微电解填料处理含磷废水，不调整进出水pH值，在初始浓度10mg/L，停留时间90min的条件下，可以实现总磷89％的去除率。

以上可知，应用本实施例多元微电解填料的制备方法制备的多元微电解填料处理含磷废水，磷去除率高，提高了处理后的出水水质。

多元微电解填料是以铁碳为主要原料，在二元微电解的基础上，添加一种或多种催化剂，从而构成多元微电解催化体系，多元微电解催化体系中电解产生的电子的受体，较二元微电解填料相比可成倍增加，电子受体数量的增加，强化微电解过程中电子的传输速率，微电解的处理效果明显加强，可改善去除效率和去除效果。

与现有技术相比，本发明多元微电解填料及其制备方法至少具备以下优点：

(1)与现有的混凝沉淀技术相比，本发明所提供的多元微电解填料，在废水除磷方面具有显著优势。本发明所提供的多元微电解填料，采用的还原性铁粉，可以替换为回收的废弃铁粉或铁屑，远低于化学混凝沉淀的试剂消耗成本。多元微电解填料添加多种催化剂，促进了电化学作用及金属腐蚀。在曝气条件下，Fe

(2)与现有商业填料相比，本发明所提供的多元微电解填料，催化剂中的铝为一种两性金属，其在酸性或碱性条件下均有较高活性，而传统微电解技术多需要在酸性条件下进行，废水的pH调节，势必会消耗酸溶液，成本增加。因此，多元微电解不仅降低了酸碱成本，同时提高了微电解材料的应用广泛性。

(3)与现有商业填料相比，催化剂的加入不仅提高了填料的化学性能，而且提高了填料的物理性能。制备好的填料，其压碎强度≥140kg/cm

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。