[发明专利]一种瓦斯泥基粒子电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种用于处理城市污水中难降解有机物的瓦斯泥基粒子电极及其制备方法。

背景技术

三维电极是一种新型的高级氧化方法，其反应区域不再局限于电极的简单几何表面上，而是在整个床层的三维空间表面上进行，尤其适用于降解反应速率低或系统中极限电流密度小的反应体系。三维电极的工作机理在于复极性床（没有隔膜）主要通过主电极间的电场使工作电极粒子（高阻抗）因静电感应而分别带上正负电荷，使每一个粒子成为一个独立的电极，电化学氧化和还原反应可在每一个电极粒子表面同时进行，缩短了传质距离。粒子电极的性能显著影响三维电极反应器的处理效果，常用的几种粒子电极包括活性炭、金属氧化物以及负载的金属或金属氧化物。

瓦斯泥(灰)是在炼铁过程中随着高炉煤气携带出的原料的粉尘以及在高温区通过激烈反应而生成的颗粒经湿式或干式除尘而得到的物质，它的主要成分是氧化铁和碳。这些物质恰恰也是粒子电极制备的有效成分。

随着我国经济的迅速发展，对金属材料的需求量不断增大，急剧膨胀的需求引起了环境、资源和能源的各种问题，因此对金属二次资源进行循环利用，成为解决发展问题的有效途径。利用炼铁过程中产生的废弃物-瓦斯泥中的这些可利用物质来合成高效、环保的粒子电极，用于处理城市污水，可使瓦斯泥得到有效利用，从而达到“以废治废”的目的，获得良好的经济效益。

发明内容

本发明的目的是以瓦斯泥为基质，提供一种瓦斯泥基粒子电极及其制备方法。本发明所提供的粒子电极材料作为三维电极反应器的工作电极，可有效降解城市污水中的有机物，且电流效率高，能耗低。

一种瓦斯泥基粒子电极，按照重量百分比计，干燥细瓦斯泥颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。

所述成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇( PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。

所述活化剂可以是Fe₃O₄、Fe₂O_3、MnO₂、ZnO中的一种。

所述瓦斯泥是在炼铁过程中随着高炉煤气携带出的原料的粉尘以及在高温区通过激烈反应而生成的颗粒经湿式或干式除尘而得到的物质，它的主要成分是氧化铁和碳，是一种工业废弃物。

上述瓦斯泥基粒子电极的制备方法，包括如下步骤：

A、瓦斯泥颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细瓦斯泥颗粒备用；

B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；

C、将步骤A中的干燥细瓦斯泥颗粒、步骤B中的干燥细页岩、成孔剂和活化剂按照一定的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；

D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；

E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h,然后以60℃/h 升至550℃，活化10-30min, 再以300℃/h 升至1050℃焙烧10-30min，自然冷却至室温，得到瓦斯泥基粒子电极材料。

按照重量百分比计，干燥细瓦斯泥颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。

所述成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇( PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。

所述活化剂可以是Fe₃O₄、Fe₂O_3、MnO₂、ZnO中的一种。

通过上述制备方法制备的瓦斯泥基粒子电极，取固体废弃物瓦斯泥为原料。瓦斯泥中含有多种元素物质，其中主要是氧化铁和碳，这些物质恰恰也是粒子电极制备的有效成分。瓦斯泥基粒子电极颗粒表面粗燥，对废水中的污染物质具有较好的吸附、去除作用，而且拜耳法炼铝过程中产生的废弃物瓦斯泥，其堆放不仅需要资金和大面积堆场，而且污染环境。利用瓦斯泥制作三维电极用的粒子催化电极，可以变废为宝，减少环境的污染、土地的占用等问题。

本发明提供的瓦斯泥基粒子电极及其制备方法，符合当前国家节能减排的环保政策。制备的粒子电极多孔，且孔径大，具有很大的比表面积、很强的吸附性能、良好的导电性和催化性能是一种新型高效的粒子电极。