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一种 铁 碳微 电解填料及其使用方法

阅读：427发布：2023-02-25

专利汇可以提供一种铁碳微电解填料及其使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种铁碳微电解填料及其使用方法，该铁碳微电解填料是以混合矿物质为基，混合若干铁铝微球和铜碳微球而成，其中铁铝微球的成份为铁粉、铝渣和表面活性剂，铜碳微球的成份为活性碳粉和铜屑，混合矿物质的成份为膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土；其中，膨化云母石为120～200目，膨胀珍珠岩为90～150目，膨化蛭石为80～100目。本发明的铁碳微电解填料不会造成板结，钝化率小，并且通过减少粒子间的相互干扰运动以及优化比表面积，使铁碳微电解填料具有良好的电解效率和除废能力，进而达到智慧型绿色生态城市的处理标准。，下面是一种铁碳微电解填料及其使用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种铁碳微电解材料，其特征在于，所述铁碳微电解材料是以混合矿物质为基，混合若干铁铝微球和铜碳微球而成，其中所述铁铝微球的成份为铁粉、铝渣和表面活性剂，所述铜碳微球的成份为活性碳粉和铜屑，所述混合矿物质的成份为膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土；
其中，所述膨化云母石为120～200目，所述膨胀珍珠岩为90～150目，所述膨化蛭石为
80～100目。
2.如权利要求1所述的铁碳微电解材料，其特征在于，
所述铁铝微球中，铁粉为67～70份，铝渣为3～11份，表面活性剂为4～8份；所述铜碳微球中，活性碳粉为15～27份，铜屑为3～9份；所述混合矿物质中，膨胀珍珠岩为8～12份，膨化云母石为5～7份，膨化蛭石为3～6份，高岭土为5～11份。
3.如权利要求1所述的铁碳微电解材料，其特征在于，
所述铁粉和所述活性碳粉为120～180目，所述铝渣和铜屑的直径为0.1～0.5mm。
4.如权利要求1所述的铁碳微电解材料，其特征在于，
所述表面活性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、聚山梨酯中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的铁碳微电解材料，其特征在于，
所述膨化云母石为200目，所述膨胀珍珠岩为150目，所述膨化蛭石为100目。
6.如权利要求2所述的铁碳微电解材料，其特征在于，
所述铁铝微球的直径为0.5～1.2mm，所述铜碳微球的直径为0.5～1.2mm，所述铁铝微球的个数为4000～8000个，所述铜碳微球的个数为1500～2200个。
7.如权利要求1～6任一项所述的铁碳微电解材料的使用方法，其特征在于，将所述铁碳微电解材料浸没于需处理废水中，在曝气条件下进行，并保持气水体积比为1.5～2.5:1，处理时间为300min～500min。
8.如权利要求7所述的使用方法，其特征在于，
气水体积比为2:1，处理时间为400min。

说明书全文

一种铁 碳微 电解填料及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及废水技术处理领域，特别涉及一种铁碳微电解填料及其使用方法。

背景技术

[0002] 智慧城市”是在城市运行和发展的各个环节，充分利用各种现代化信息处理技术，使城市管理更科学，使市民生活更美好，使经济发展更具竞争力，使城市发展保持可持续性。现阶段国际上的智慧城市建设，因经济发展水平与地理区域的不同决定了城市建设的侧重点不同，绿色生态文化城市是其中一个重要分支。如何采用可持续发展城市解决方案，在力争取得城市可持续性发展的同时，维持环保与经济之间的平衡，是这类智慧城市关注的方向。

[0003] 城市治理中，如何有效利用宝贵的水资源，保护日益受损的水环境是重要课题，因此简捷、高效的污水处理技术是建设生态型智慧城市亟需的。铁碳微电解技术处理污水，因其工艺简单、操作方便而在近年来受到广泛重视。该电解技术具体为，利用金属腐蚀原理形成原电池，通过一系列作用对有机物进行电化学处理。在含有传导性电解质的环境中，铁屑和炭粒形成无数个微小的原电池，在其作用空间形成一个电场，新生态的[H]、Fe2+等与环境中的有机物发生氧化还原反应，破坏有机物中的某些基团，甚至使其断链，达到对有机物分解的作用。生成的Fe2+进一步氧化为Fe 3+，它们的水合物具有较强的吸附絮凝作用，实现对有机物的吸附。

[0004] 但大量研究结果表明，该法在应用中存在诸多缺陷，例如，填料运行一段时间后，由于铁的腐蚀，容易出现结块和沟流，使铁碳微电解填料处理效果降低，或者铁消耗完毕后，碳层难以剥落，会导致碳层和铁的氧化产物重重包裹在填料的表面，简单的冲洗难以保证产品表面的即时更新，导致反应效果下降。

[0005] 专利201010150149.X公开了一种规整化铁碳微电解填料的制备方法，该制备方法直接将铁粉和碳粉混合高温煅烧，并限定组成成份铁粉、粘土和碳粉的直径，避免填料的板结、钝化问题，但是经此法生成的填料由于铁元素跟碳元素紧密粘结在一起，造成粒子相互运动干扰多，会严重影响电解反应的除废效果。

发明内容

[0006] 本发明旨在解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够进行高效电解反应的铁碳微电解填料及其使用方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

[0007] 根据本发明的一个方面，提供一种铁碳微电解填料，该铁碳微电解材料是以混合矿物质为基，混合若干铁铝微球和铜碳微球而成，其中铁铝微球的成份为铁粉、铝渣和表面活性剂，铜碳微球的成份为活性碳粉和铜屑，混合矿物质的成份为膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土。

[0008] 膨化云母石为120～200目，膨胀珍珠岩为90～150目，膨化蛭石为80～100目。

[0009] 优选，铁铝微球中，铁粉为67～70份，铝渣为3～11份，表面活性剂为4～8份；铜碳微球中，活性碳粉为15～27份，铜屑为3～9份；混合矿物质中，膨胀珍珠岩为8～12份，膨化云母石为5～7份，膨化蛭石为3～6份，高岭土为5～11份。

[0010] 优选，铁粉和碳粉为120～180目，铝渣和铜屑的直径为0.1～0.5mm。

[0011] 优选，表面活性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、脂肪酸甘油酯、聚山梨酯中的一种或多种。

[0012] 优选，膨化云母石为200目，膨胀珍珠岩为150目，膨化蛭石为100目。

[0013] 优选，铁铝微球的直径为0.5～1.2mm，铜碳微球的直径为1～1.5mm，铁铝微球的个数为4000～8000个，铜碳微球的个数为1500～2200个。

[0014] 根据本发明的另一方面，提供一种铁碳微电解材料的使用方法，具体为：将铁碳微电解材料浸没于需处理废水中，在曝气条件下进行，并保持气水体积比为1.5～2.5:1，处理时间为300min～500min。

[0015] 优选，气水体积比为2:1，处理时间为400min。

[0016] 本发明的铁碳微电子填料，将电解池的正负极做成大量微球分散设置，其中铁粉、铝渣和表面活性剂混合生成作为电解池正极的铁铝微球，活性碳粉和铜屑混合生成作为电解池负极的铜碳微球，然后使用膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土的混合物为基，将两类微球高温烧结在一起。铁铝微球和铜碳微球的分散设置，能够降低电子间的相互运动干扰，从而提高电解反应的除废效率。

[0017] 本铁碳微电解填料中，膨化云母石、膨胀珍珠岩和膨化蛭石均是由对应的云母石、珍珠岩和蛭石经高温煅烧膨胀而成，其膨胀特性均能够使微电解材料的基体具备蓬松孔隙结构，从而在填料内部连通各散布的正负极材料间的电子路径，促进微电解反应的发生。

[0018] 本发明中，膨化云母石、膨胀珍珠岩、膨化蛭石和高岭土的配比为5～7:8～12:3～6：5～11，且膨化云母石、膨胀珍珠岩和膨化蛭石的粉碎程度呈阶梯式设置，目数范围分别为120～200目、90～150目和80～100目，经实验证明，如此设置能够使基体具有合适的比表面积，孔径率达85％以上，且孔径位于0.8～2mm之间，进而使微电解填料中能够与废水中污染物的接触面积达到95％以上，使形成的铁碳微电解填料具有较强净水能力。

[0019] 另外，铁铝微球和铜碳微球作为电解池的正负极，分散于基体中，能够降低电子间的相互运动干扰，从而提高电解反应的除废效率。

[0020] 此外，铁铝微球中含有表面活性剂，还能够降低微球的表面张力，使污水能够跟铁铝微球表面充分接触，促进电解反应的发生。另外膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土因自身含有金属成分，均能够促进电解反应发生，提升本微电解材料的净水能力。

[0021] 基于以上，本发明的优点在于：

[0022] 1.本发明通过减少粒子间的相互干扰运动以及优化比表面积，使铁碳微电解填料具有良好的电解效率和除废能力。

[0023] 2.本发明的铁碳微电解填料，不会造成板结，钝化率小。

[0024] 3.本发明的铁碳微电解填料的各组成材料易于回收利用，能够节省成本。

具体实施方式

[0025] 下面将更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然本说明书中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

[0026] 根据本发明的实施方式，提出一种铁碳微电解填料及其使用方法，下面将通过具体实施例的形式对本发明进一步说明。

[0027] 实施例1

[0028] 铁碳微电解材料X1是以膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土的混合物为基，融合若干铁铝微球和铜碳微球而成，其中铁铝微球的成份为铁粉、铝渣和表面活性剂，铜碳微球的成份为活性碳粉和铜屑。

[0029] 铁碳微电解材料X1中，膨胀珍珠岩为8份，膨化云母石为7份，膨化蛭石为3份，高岭土为5份，铁粉为67份，铝渣为3份，表面活性剂为4份，活性碳粉为15份，铜屑为9份；其中，膨化云母石为120目，膨胀珍珠岩为90目，膨化蛭石为80目，铝渣和铜屑的直径均为0.1mm，铁粉和活性碳粉为120目；铁铝微球的直径为0.5mm，铜碳微球的直径为0.5mm，铁铝微球的个数为8000个，铜碳微球的个数为2200个。

[0030] 铁碳微电解材料X1的使用方法包括：

[0031] 将铁碳微电解材料X1浸没于需处理废水中，在曝气条件下进行，并保持气水体积比为1.5:1，处理时间为300min。

[0032] 实施例2

[0033] 铁碳微电解材料X2是以膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土的混合物为基，融合若干铁铝微球和铜碳微球而成，其中铁铝微球的成份为铁粉、铝渣和表面活性剂，铜碳微球的成份为活性碳粉和铜屑。

[0034] 铁碳微电解材料X2中铁粉为70份，铝渣为11份，表面活性剂为8份，膨化云母石为5份，膨胀珍珠岩为12份，膨化蛭石为6份，高岭土为11份，活性碳粉为27份，铜屑为3份；其中膨化云母石为200目，膨胀珍珠岩为120目，膨化蛭石为100目，铁粉为180目，铝渣和铜屑的直径为0.5mm，活性碳粉为180目；铁铝微球的直径为1.2mm，铜碳微球的直径为0.7mm，铁铝微球的个数为4000个，铜碳微球的个数为1500个。

[0035] 铁碳微电解材料X2的使用方法包括：

[0036] 将铁碳微电解材料X2浸没于需处理废水中，在曝气条件下进行，并保持气水体积比为2.5:1，处理时间为500min。

[0037] 实施例3

[0038] 铁碳微电解材料X3是以膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土的混合物为基，融合若干铁铝微球和铜碳微球而成，其中铁铝微球的成份为铁粉、铝渣和表面活性剂，铜碳微球的成份为活性碳粉和铜屑。

[0039] 铁碳微电解材料X3中铁粉为69份，铝渣为5份，表面活性剂为5份，膨化云母石为6份，膨胀珍珠岩为10份，膨化蛭石为5份，高岭土为9份，活性碳粉为21份，铜屑为4份；其中，膨化云母石为200目，膨胀珍珠岩为90目，蛭石为100目，铁粉和活性碳粉为150目，铝渣和铜屑的直径为0.3mm；铁铝微球的直径为0.8mm，铜碳微球的直径为1.2mm，铁铝微球的个数为6000个，铜碳微球的个数为1800个。

[0040] 铁碳微电解材料X3的使用方法包括：

[0041] 将铁碳微电解材料X3浸没于需处理废水中，在曝气条件下进行，并保持气水体积比为2:1，处理时间为400min。

[0042] 实施例4

[0043] 铁碳微电解材料X4是以膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土的混合物为基，融合若干铁铝微球和铜碳微球而成，其中铁铝微球的成份为铁粉、铝渣和表面活性剂，铜碳微球的成份为活性碳粉和铜屑。

[0044] 铁碳微电解材料X4中铁粉为68.5份，铝渣为4.5份，表面活性剂为6.5份，膨化云母石为5.5份，膨胀珍珠岩为9.5份，膨化蛭石为4.5份，高岭土为9份，活性碳粉为19份，铜屑为4.5份；其中膨化云母石为200目，膨胀珍珠岩为120目，膨胀蛭石为80目，铝渣的直径为
0.5mm，铜屑的直径为0.3mm，活性碳粉为150目，铁粉为120目；铁铝微球的直径为1.2mm，数量为8000个，铜碳微球的直径为0.7mm，个数为2000个

[0045] 铁碳微电解材料X4的使用方法包括：

[0046] 将铁碳微电解材料X4浸没于需处理废水中，在曝气条件下进行，并保持气水体积比为2:1，处理时间为400min。

[0047] 实施例5

[0048] 铁碳微电解材料X5是以膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土的混合物为基，融合若干铁铝微球和铜碳微球而成，其中铁铝微球的成份为铁粉、铝渣和表面活性剂，铜碳微球的成份为活性碳粉和铜屑。

[0049] 铁碳微电解材料X5中铁粉为69份，铝渣为7份，表面活性剂为7份，膨化云母石为6份，膨胀珍珠岩为11份，膨化蛭石为5份，高岭土为7份，活性碳粉为18份，铜屑为6份；其中膨化云母石为150目，膨胀珍珠岩为120目，膨化蛭石为100目，铝渣的直径为0.2mm，铜屑为0.3mm，活性碳粉为180目，铁粉为150目；铁铝微球的直径为1.1mm，数量为7500个，铜碳微球的直径为1.0mm，数量为2200个。

[0050] 铁碳微电解材料X5的使用方法包括：

[0051] 将铁碳微电解材料X5浸没于需处理废水中，在曝气条件下进行，并保持气水体积比为2:1，处理时间为400min。

[0052] 实施例6

[0053] 铁碳微电解材料X6是以膨胀珍珠岩、膨化云母石、膨化蛭石和高岭土的混合物为基，融合若干铁铝微球和铜碳微球而成，其中铁铝微球的成份为铁粉、铝渣和表面活性剂，铜碳微球的成份为活性碳粉和铜屑。

[0054] 铁碳微电解材料X6中铁粉为67份，铝渣为5份，表面活性剂为6.5份，膨化云母石为5.5份，膨胀珍珠岩为11份，膨化蛭石为4.5份，高岭土为6.5份，活性碳粉为25份，铜屑为7份；其中膨化云母石为150目，膨胀珍珠岩为120目，蛭石为80目，铁粉为150目，铝渣的直径为0.2mm，活性碳粉180目，铜屑的直径为0.4mm；铁铝微球的直径为0.85mm，个数为7400个，铜铝微球的直径为0.6mm，个数为2300个

[0055] 铁碳微电解材料X6的使用方法包括：

[0056] 将铁碳微电解材料X6浸没于需处理废水中，在曝气条件下进行，并保持气水体积比为2:1，处理时间为400min。为更全面地说明本发明的铁碳微电解填料及其使用方法，下面将通过实验的方式对其效果进行验证。

[0057] 实验例

[0058] 实验说明：取某小区生活污水作为检测对象，使用本发明实施例的铁碳微电解材料X1～X3作为处理剂进行处理，选用由所有组分直接混合煅烧形成的微电解材料Y1作为对比处理剂。其中微电解材料Y1的组分为铁粉67份，铝渣3份，硬脂酸4份，膨化云母石7份，膨胀珍珠岩7份，膨化蛭石3份、高岭土5份、15份活性碳粉和铜屑9份。

[0059] 实验步骤：在4个容积0.5m3的立方体反应器中分别装入总量为0.1m3的铁碳微电解填料X1、X2、X3和Y1，随后加入200L生活污水，曝气，保持气水体积比为2:1，1小时后对各个微电解填料的电池电位差、填料与污染物接触比例、COD去除率、氨氮去除率进行检测。

[0060] 实验结果：具体如下表1所示。

[0061] 表1：污水清洁度前后对比

[0062]

[0063] 根据表1可知，本发明的采用分层结构的微电解填料X1～X3，对比与X1组份相同但不设有正负极微球的微电解填料Y1，在产生的电位差、与污染物的接触比例两方面均具有显著的优势，同时在COD和氨氮的去除率方面也明显优于微电解填料Y1。

[0064] 综上所述，本发明具备以下有益效果：

[0065] 1、本发明的铁碳微电解填料浸入废水中，具有电子运动活跃，电子间的相互运动干扰小，产生的电位势差大，电解效率高等优势，其中浸入废水中1个小时后，电位势差可达1.75以上。

[0066] 2、本发明的铁碳微电解填料孔径适中，孔隙率可达94％以上，表面与废水的接触比例高，电解反应的除废效果好，处理效果达到智慧型绿色生态城市的处理标准。

[0067] 3、本发明的铁碳微电解材料是以矿物质粉的混合物为基，混合正负极微球烧结而成，不会出现板结，钝化率小。

[0068] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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