一種錳炭催化內電解填料及其制備方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種錳炭催化內電解填料及其制備方法與應用，該內電解填料由錳礦廢棄物、活性炭、粘結劑及致孔劑組成；所述錳礦廢棄物的質量百分比為40～65％，活性炭的質量百分比為35～60％，所述錳礦廢棄物和活性炭的質量百分比之和為100％。所述方法通過研磨錳礦廢棄物，添加活性炭、粘結劑及致孔劑，成球后放入馬弗爐1100℃焙燒2～3h，制取最終的產物；同時在高濃度有機廢水中使用該最終產物，曝氣2h，去除有機物。本發明的有益效果為：本方法運用錳礦廢棄物制備一種新型的催化內電解材料，操作方便，以廢治廢，節省能源，對有機物的去除效果好，實用性強，前景廣泛。
【專利說明】-種猛炭催化內電解填料及其制備方法與應用

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種猛炭催化內電解填料及其制備方法與應用，屬污水處理控制領 域，尤其是高濃度有機廢水預處理領域。

【背景技術】
[0002] 工業廢水尤其是高濃度有機廢水是危害我國生態環境的重要污染源。其COD -般 在2000mg/L W上，有的甚至高達幾萬甚至幾十萬，可生化性較差，成分復雜、排放量大、處 理難度大，因此亟待解決。
[0003] 針對難降解有機廢水，目前采取的主要是物理、化學預處理和生化處理相組合的 工藝手段，包括混凝沉淀，吸附，氣浮，萃取，膜技術等，普遍存在著處理效率低下的技術難 題。
[0004] 目前鐵炭內電解法已在工程實踐中被證明是一種有效的處理高濃度有機廢水的 方法。傳統的鐵炭內電解法是利用化/C原電池反應原理對廢水進行處理的良好工藝，鐵炭 內電解法集氧化還原、絮凝吸附、催化氧化、絡合、電沉積W及共沉淀等作用于一體。作為一 種生化處理前預處理技術，鐵炭內電解技術不僅僅能大大的降低有機物濃度，同時能去除 或降低廢水毒性，提高廢水的可生化性。由于此法具有適用范圍廣、處理效果好、使用壽命 長、成本低廉及操作維護方便等諸多優點，并使用廢鐵屑為原料，也不需消耗電力資源，具 有W廢治廢的意義。但由于鐵炭混合不均勻，傳統內電解法存在著填料的板結和純化的問 題，同時鐵屑表面會生產一層金屬氧化物和氨氧化物膜，致使鐵屑純化，進而導致微電解過 程中斷，影響處理效果。另一方面，利用鐵炭內電解填料去除C0D，其去除率很難達到60%， 該對于高濃度有機廢水來說，并沒有達到預期的效果，分析原因，可能是在鐵炭內電解反應 中，陽極的化失去電子，生成Fe",陽極的電勢電位為0. 44v，與陰極形成的電位差較小，難 W使電子迅速移動，最終導致去除率難W上升。因此研發制備一種高效的新型內電解材料 是至關重要的。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種COD去除率較高的猛炭催化內電解填料及其制備方 法與應用。
[0006] 本發明為解決上述技術問題所采用的方案為：
[0007] -種猛炭催化內電解填料，它由猛礦廢棄物、活性炭、粘結劑及致孔劑組成；所述 猛礦廢棄物的質量百分比為40?65%，活性炭的質量百分比為35?60%，所述猛礦廢棄 物和活性炭的質量百分比之和為100%。
[0008] 上述方案中，所述猛礦廢棄物主要成分的重量百分含量為；Mn 15?25%， SiOalO ?18%，Fe 2 ?2.5%，AI2O3I ?3%，CaO 2 ?3%。
[0009] 上述方案中，所述的粘結劑為高嶺±，用量為猛礦廢棄物和活性炭總質量的20? 30%。
[0010] 上述方案中，所述的致孔劑為過100目篩煤粉，用量為猛礦廢棄物和活性炭總質 量的5?12%。
[0011] 一種猛炭催化內電解填料的制備方法，所述方法包括W下步驟：
[0012] 1)將猛礦廢棄物和活性炭混合，進行研磨，過100-130目篩，所述猛礦廢棄物的質 量百分比為40?65%，活性炭的質量百分比為35?60%，所述猛礦廢棄物和活性炭的質 量百分比之和為100% ;
[0013] 2)加入粘結劑和致孔劑，混合攬拌均勻；
[0014] 3)成型成球狀顆粒；
[0015] 4)干燥所述球狀顆粒：
[001引 W加熱；在Iiocrc充氮條件下燒結上述猛炭材料2?3小時，冷卻后即得。
[0017] 上述方案中，所述步驟4)中的干燥條件為：W 3?SC/分的速度逐漸升溫至 70?8(TC，然后繼續干燥20min。
[0018] 所述的猛炭催化內電解填料在處理高濃度有機廢水中的應用。
[0019] 上述方案中，將COD濃度為3000-4000mg/L的有機廢水的抑調節為3,然后向其中 放入猛炭催化內電解填料，曝氣化后，調節抑到8,靜沉后取上清液。
[0020] 上述方案中，所述猛炭催化內電解填料的質量與有機廢水的體積比為1: Ig/血。
[0021] 本發明的原理為；猛炭內電解材料所需的基本元素為猛和炭，低電位的猛與高電 位的炭在廢水中產生電位差，具有一定的導電性的廢水充當電解質，猛作為陽極被腐蝕，炭 作為陰極形成無數微電池。電極反應如下：
[0022] 陽極（Mn) :Mn-2e = Mn2+E〇(Mn27Mn) = -1. 18V
[0023] 陰極似：2H++2e = 2閒=&￡〇化/&) = 0. OOV
[0024] 有氧氣時，在酸性條件下發生如下反應：
[00巧]〇2+4H++4e = 2&0 E0(02) = 1. 23V
[0026] 在堿性條件下發生如下反應：
[0027] 〇2+2&0+46 = 40H-E〇 化/0H-) = 0. 40V
[0028] 需要說明的是，由于猛礦廢棄物中含有多種雜質元素，如S、P等，有可能影響最終 填料成品的處理效果。所W在本發明中考慮利用猛炭填料制備過程中所必需的加熱燒結工 藝在高溫條件下將其有效去除。
[0029] 本發明的有益效果為：
[0030] 1.本發明中的原料采用猛礦廢棄物，實現了固廢資源化，用其作為原料處理高濃 度有機廢水，達到W廢治廢、循環利用的目的，可謂一舉兩得。
[0031] 2.在新型猛炭內電解材料中用猛代替傳統填料中的鐵，陽極電位由0. 44V增加到 1. 18V，更利用于反應的進行；此外，反應生成的Mn"可W作為催化劑，提高化學反應速率。 [003引 3.猛礦廢棄物中存在一定量的5102、41203、化0、1(20，該些成分可^作為粘結劑，提 高填料成品的穩定性，減少了其它粘結劑的投加量，可W有效的節省資源。實驗表明減少了 粘結劑的投加量W后，猛炭材料仍然保持了較高的COD去除率。
[0033] 4.在猛礦廢棄物中還含有2?2. 5%化，同時也能夠作為原電池的陽極，使反應更 加迅速徹底，有效去除有機物。同時在酸性條件下處理廢水時會產生化"，在混凝階段，女口 果進行曝氣，Fe2+被氧化成化3+，進一步發生氧化還原反應，降解有機物。同時又是很好的絮 凝劑，將抑值調至堿性，會形成化(OH) 2和化(OH) 3絮凝體，具有很強的絮凝功能，使得廢水 中原有的有機息浮物、微電池反應產生的不溶物、構成色度的部分物質均可被其吸附凝聚， 最后通過沉淀被去除。
[0034] 5.本填料中的猛和炭W猛炭包容構架的形式存在，猛骨架與炭相互交叉，猛炭顆 粒均勻的分散在炭顆粒周圍，解決了傳統內電解材料的板結問題。本填料具有很大的比表 面積，機械強度高，同時由于Mn2+的催化作用使得填料的活性較好，產生的電流密度大，吸 附絮凝效果好，作用效率穩定的優點，有效提高了高濃度有機廢水的生化性，有利于后續生 化反應的進行。

【具體實施方式】
[0035] W下結合實施例進一步對本發明進行說明，但本發明的內容不僅僅局限于下面的 實施例。
[0036] W下所有實施例中所使用的猛礦廢棄物的成分如表1所示：
[0037] 表 1
[0038]

【權利要求】
1. 一種猛炭催化內電解填料，其特征在于，它由猛礦廢棄物、活性炭、粘結劑及致孔劑 組成；所述錳礦廢棄物的質量百分比為40?65%，活性炭的質量百分比為35?60%，所述 錳礦廢棄物和活性炭的質量百分比之和為100 %。
2. 如權利要求1所述的錳炭催化內電解填料，其特征在于，所述錳礦廢棄物主要成分 的重量百分含量為：Μη 15 ?25%，Si0210 ?18%，Fe 2 ?2. 5%，A12031 ?3%，CaO 2 ? 3%。
3. 如權利要求1所述的錳炭催化內電解填料，其特征在于，所述的粘結劑為高嶺土，用 量為錳礦廢棄物和活性炭總質量的20?30%。
4. 如權利要求1所述的錳炭催化內電解填料，其特征在于，所述的致孔劑為過100目篩 煤粉，用量為錳礦廢棄物和活性炭總質量的5?12%。
5. -種錳炭催化內電解填料的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟： 1) 將錳礦廢棄物和活性炭混合，進行研磨，過100-130目篩，所述錳礦廢棄物的質量百 分比為40?65%，活性炭的質量百分比為35?60%，所述錳礦廢棄物和活性炭的質量百 分比之和為100% ; 2) 加入粘結劑和致孔劑，混合攪拌均勻； 3) 成型成球狀顆粒； 4) 干燥所述球狀顆粒： 5) 加熱：在1100°C充氮條件下燒結上述錳炭材料2?3小時，冷卻后即得。
6. 如權利要求1所述的錳炭催化內電解填料的制備方法，其特征在于，所述步驟4)中 的干燥條件為：以3?5°C /分的速度逐漸升溫至70?80°C，然后繼續干燥20min。
7. 如權利要求1所述的錳炭催化內電解填料在處理高濃度有機廢水中的應用。
8. 如權利要求7所述的應用，其特征在于，將COD濃度為3000-4000mg/L的有機廢水的 pH調節為3,然后向其中放入錳炭催化內電解填料，曝氣2h后，調節pH到8,靜沉后取上清 液。
9. 如權利要求8所述的應用，其特征在于，所述錳炭催化內電解填料的質量與有機廢 水的體積比為l:lg/mL。
【文檔編號】C02F9/14GK104261518SQ201410478955
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】李孟, 閆愛萍, 張斌 申請人:武漢理工大學