一种复合陶粒及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及农药废水处理的技术领域，具体涉及一种复合陶粒及其制备方法和应用。

背景技术

敌草隆是一种通过抑制ATP合成、干扰植物光合作用来除草的广谱、内吸性的除草剂。作为一种能量代谢抑制药物，敌草隆与人体接触也会干扰人体内分泌系统，具有致癌、致基因突变等危害。等离子体是一种部分或完全电离的气体，宏观呈现中性，由电子、自由基、离子和中性粒子组成的集合体。介质阻挡放电等离子体(DBDP)是通过介质阻挡的方式放电从而产生等离子体。在介质阻挡放电中，采用介质(玻璃、石英、陶瓷、云母和氧化铝等)阻挡在电极的放电间隙中，在阻止了电火花的产生的同时减少电极腐蚀问题使放电均匀的在整个电极中。在DBDP体系内，高能电子可与背景分子如N

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种复合陶粒及其制备方法和应用，并提供如下技术方案：

一种复合陶粒的制备方法，向含有粉煤灰的陶粒基质中掺杂CoFe-LDH粉末后进行造粒，煅烧得到复合陶粒。

进一步地，按质量份计，所述陶粒基质为85-95份，CoFe-LDH粉末为5-15份。

进一步地，所述陶粒基质还包括黏土，所述黏土和粉煤灰的质量比为1：3-5。

进一步地，所述造粒过程中向掺杂CoFe-LDH粉末后的陶粒基质喷洒硅酸钠溶液，形成直径为3-8mm的球状颗粒。

进一步地，所述球状颗粒滚动0.5-1h后在100-110℃下干燥10-12h然后进行煅烧。

进一步地，煅烧的温度为450-550℃，煅烧时升温速率为8-12℃·min

进一步地，所述CoFe-LDH粉末的制备过程包括：将Fe(NO

进一步地，所述Fe(NO

另外，本发明还提供上述方法制备得到的复合陶粒。

本发明还提供了上述复合陶粒的应用，复合陶粒作为催化剂应用于DBDP体系去除敌草隆过程。

有益效果：

1、本发明以CoFe-LDH粉末和陶粒基质为原料，一方面，陶粒基质中的粉煤灰含有的金属元素以及CoFe-LDH粉末分别对DBDP有催化作用，另一方面，陶粒基质作为CoFe-LDH粉末的载体，经过煅烧，两者协同作用能够高效活化DBDP体系，进一步提高DBDP体系对敌草隆的去除速率，同时，可以缩短DBDP体系的放电时间，降低能耗，提升能量利用率。

2、本发明在煅烧过程中CoFe-LDH粉末变为CoFe-LDO，同时产生水和二氧化碳，使得复合陶粒表面产生孔洞，提高对DBDP催化作用。

附图说明

图1是实施例1、对比例1以及未加入催化剂的活化DBDP去除敌草隆的性能图；

图2是实施例1、对比例1以及未加入催化剂的活化DBDP去除敌草隆速率图；

图3是实施例1的复合陶粒在不同投加量下敌草隆去除率随时间的变化图。

图4是实施例1的复合陶粒在不同投加量下去除敌草隆速率图。

图5是实施例1的复合陶粒重复利用对DBDP体系去除敌草隆的影响图；

图6是粉煤灰、CoFe-LDO、复合陶粒的XRD图；

图7是粉煤灰、CoFe-LDO、复合陶粒的FTIR表征图；

图8是同轴DBDP反应装置示意图；

图9是黏土和粉煤灰的不同配比下对敌草隆去除率随时间的变化图；

图10是黏土和粉煤灰的不同配比下去除敌草隆速率图；

图11是陶粒基质和CoFe-LDH的不同配比下对敌草隆去除率随时间的变化图；

图12是陶粒基质和CoFe-LDH的不同配比下去除敌草隆速率图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、DBDP发生装置；2、反应器。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

根据本发明实施例，提供了一种复合陶粒的制备方法，以黏土和粉煤灰的混合物作为陶粒基质，向陶粒基质中掺杂CoFe-LDH粉末后进行造粒，煅烧得到复合陶粒。将CoFe-LDH粉末和陶粒基质混合后进行同步煅烧，获得的复合陶粒能够高效活化DBDP体系，进一步提高DBDP体系对敌草隆的去除速率，同时，可以缩短DBDP体系的放电时间，降低能耗，提升能量利用率。CoFe-LDH粉末为CoFe层状双金属氢氧化物，CoFe-LDH粉末煅烧后变为CoFe-LDO，CoFe-LDO为CoFe层状双金属氧化物。

实施例1复合陶粒的制备方法

(1)CoFe-LDH的制备：将2份Fe(NO

(2)CoFe-LDH与粉煤灰掺杂制备复合陶粒：将18.4份黏土，73.6份粉煤灰充分混合作为陶粒基质，向混合均匀的陶粒基质中掺杂8份的LDH粉末并充分混合，之后将混合物转移至造粒机中，批次喷洒30份硅酸钠溶液，直至粉末滚至成直径为5mm的球状颗粒，待成型后再滚动0.5h至球体结构坚实后取出，得到球状颗粒。将球状颗粒转移至鼓风干燥箱内，在105℃的条件下干燥12h。最后，将充分干燥的球状颗粒转移至瓷舟中，放置于管式炉内，将陶粒基质与CoFe-LDH同步煅烧，以10℃·min

实施例2复合陶粒的制备方法

(1)CoFe-LDH的制备：将2份Fe(NO

(2)CoFe-LDH与粉煤灰掺杂制备复合陶粒：将21.25份黏土，63.75份粉煤灰充分混合作为陶粒基质，向混合均匀的陶粒基质中掺杂15份的LDH粉末并充分混合，之后将混合物转移至造粒机中，批次喷洒25份硅酸钠溶液，直至粉末滚至成直径为5mm的球状颗粒，待成型后再滚动0.8h至球体结构坚实后取出，得到球状颗粒。将球状颗粒转移至鼓风干燥箱内，在100℃的条件下干燥10h。最后，将球状颗粒转移至瓷舟中，放置于管式炉内，将陶粒基质与CoFe-LDH同步煅烧，以8℃·min

实施例3复合陶粒的制备方法

(1)CoFe-LDH的制备：将2份Fe(NO

(2)CoFe-LDH与粉煤灰掺杂制备复合陶粒：将15.83份黏土，79.17份粉煤灰充分混合作为陶粒基质，向混合均匀的陶粒基质中掺杂5份的LDH粉末并充分混合，之后将混合物转移至造粒机中，批次喷洒硅酸钠溶液，直至粉末滚至成直径为5mm的球状颗粒，待成型后再滚动1h至球体结构坚实后取出，得到球状颗粒。将球状颗粒转移至鼓风干燥箱内，在110℃的条件下干燥11h。最后，将球状颗粒转移至瓷舟中，放置于管式炉内，将陶粒基质与CoFe-LDH同步煅烧，以12℃·min

对比例1

与实施例1相比，未加入CoFe-LDH，其他步骤完全一样。

对比例2

与实施例1相比，陶粒基质为80份，CoFe-LDH粉末为20份。

将实施例1-3以及对比例1-2得到的复合陶粒分别进行活化DBDP去除敌草隆测试。

取200mL 1mg·L

用高效液相色谱检测敌草隆浓度，流动相为水/乙腈(40/60，V/V)，流速0.1mL/min，检测波长为214nm，得到标准曲线，并根据所测峰面积求得敌草隆的去除速率。

表1实施例1-3以及对比例1-2得到的复合陶粒的活化DBDP去除敌草隆的去除速率

测试如表1所示，实施例1-3中对敌草隆的去除速率明显高于对比例1-2，这说明以CoFe-LDH粉末和陶粒基质同时为原料，经过煅烧，两者协同作用能够高效活化DBDP体系，进一步提高DBDP体系对敌草隆的去除速率。根据图1和图2可以发现，单独的DBDP体系可以有效降解敌草隆，然而需要放电15min对敌草隆的去除率才能达到95％以上，去除速率为0.2495min

然后以实施例1得到的复合陶粒为例，对复合陶粒的投加量与DBDP体系去除敌草隆速率之间的关系进行探索。

复合陶粒的投加量分别为0gL

对实施例1得到的复合陶粒进行稳定性测试，重复利用七次后进行相关测试，测试结果如图5所示，重复利用七次后体系对敌草隆的去除率仍保持在98％以上，金属离子的溶出浓度先升高后降低，最后在第7次利用后逐渐稳定下降，催化剂使用全程Co和Al离子浓度未超过0.35mg L

分别对实施例1复合陶粒以及粉煤灰、CoFe-LDO进行XRD测试和红外测试。测试结果如图6和图7所示，由图6可以看到，在复合陶粒表面主要是硅磷酸钙的强衍射峰(14.98°)，这是可能是硅酸钠溶液与黏土融合烧结后形成的。粉煤灰成分的强衍射峰SiO

复合陶粒为球体，容易分离回收，另外利用粉煤灰成本较低，同时可以高效活化DBDP。

另外，对黏土和粉煤灰之间的质量配比对敌草隆去除率的影响进行了探究，分别设置未加入黏土和粉煤灰、只加入黏土、黏土/粉煤灰＝4/1、黏土/粉煤灰＝3/2、黏土/粉煤灰＝2/3、黏土/粉煤灰＝1/5的实验进行测试，将不同质量配比的黏土和粉煤灰制备的陶粒基质作为催化剂进行测试对敌草隆去除率。测试结果如图9-10和下表2所示。

表2黏土和粉煤灰之间的配比对敌草隆去除率的影响

其次，对陶粒基质和CoFe-LDH之间的质量配比对敌草隆去除率的影响进行了探究，分别设置陶粒基质为96份，CoFe-LDH 4份、陶粒基质为94份，CoFe-LDH 6份、陶粒基质为94份，CoFe-LDH 6份、陶粒基质为92份，CoFe-LDH 8份、陶粒基质为90份，CoFe-LDH 10份的实验进行测试，采用实施例1的制备方法，与实施例1不同的是陶粒基质和CoFe-LDH之间的质量配比。测试结果如图11-12和下表3所示。

表3陶粒基质和CoFe-LDH之间的配比对敌草隆去除率的影响

根据对上述陶粒基质和CoFe-LDH之间的质量配比的研究，可以看出，陶粒基质和CoFe-LDH之间的质量配比对最终敌草隆的去除率有很大影响，通过多次实验，可以看出，当陶粒基质为92份，CoFe-LDH 8份时，敌草隆的去除速率达到0.4868min

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。