[发明专利]一种锰炭催化内电解填料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种锰炭催化内电解填料及其制备方法与应用，属污水处理控制领域，尤其是高浓度有机废水预处理领域。

背景技术

工业废水尤其是高浓度有机废水是危害我国生态环境的重要污染源。其COD一般在2000mg/L以上，有的甚至高达几万甚至几十万，可生化性较差，成分复杂、排放量大、处理难度大，因此亟待解决。

针对难降解有机废水，目前采取的主要是物理、化学预处理和生化处理相组合的工艺手段，包括混凝沉淀，吸附，气浮，萃取，膜技术等，普遍存在着处理效率低下的技术难题。

目前铁炭内电解法已在工程实践中被证明是一种有效的处理高浓度有机废水的方法。传统的铁炭内电解法是利用Fe/C原电池反应原理对废水进行处理的良好工艺，铁炭内电解法集氧化还原、絮凝吸附、催化氧化、络合、电沉积以及共沉淀等作用于一体。作为一种生化处理前预处理技术，铁炭内电解技术不仅仅能大大的降低有机物浓度，同时能去除或降低废水毒性，提高废水的可生化性。由于此法具有适用范围广、处理效果好、使用寿命长、成本低廉及操作维护方便等诸多优点，并使用废铁屑为原料，也不需消耗电力资源，具有以废治废的意义。但由于铁炭混合不均匀，传统内电解法存在着填料的板结和钝化的问题，同时铁屑表面会生产一层金属氧化物和氢氧化物膜，致使铁屑钝化，进而导致微电解过程中断，影响处理效果。另一方面，利用铁炭内电解填料去除COD，其去除率很难达到60％，这对于高浓度有机废水来说，并没有达到预期的效果，分析原因，可能是在铁炭内电解反应中，阳极的Fe失去电子，生成Fe²⁺，阳极的电势电位为0.44v，与阴极形成的电位差较小，难以使电子迅速移动，最终导致去除率难以上升。因此研发制备一种高效的新型内电解材料是至关重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种COD去除率较高的锰炭催化内电解填料及其制备方法与应用。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案为:

一种锰炭催化内电解填料，它由锰矿废弃物、活性炭、粘结剂及致孔剂组成；所述锰矿废弃物的质量百分比为40～65％，活性炭的质量百分比为35～60％，所述锰矿废弃物和活性炭的质量百分比之和为100％。

上述方案中，所述锰矿废弃物主要成分的重量百分含量为：Mn 15～25％，SiO₂10～18％，Fe 2～2.5％，Al₂O₃1～3％，CaO 2～3％。

上述方案中，所述的粘结剂为高岭土，用量为锰矿废弃物和活性炭总质量的20～30％。

上述方案中，所述的致孔剂为过100目筛煤粉，用量为锰矿废弃物和活性炭总质量的5～12％。

一种锰炭催化内电解填料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)将锰矿废弃物和活性炭混合，进行研磨，过100-130目筛，所述锰矿废弃物的质量百分比为40～65％，活性炭的质量百分比为35～60％，所述锰矿废弃物和活性炭的质量百分比之和为100％；

2)加入粘结剂和致孔剂，混合搅拌均匀；

3)成型成球状颗粒；

4)干燥所述球状颗粒：

5)加热：在1100℃充氮条件下烧结上述锰炭材料2～3小时，冷却后即得。

上述方案中，所述步骤4)中的干燥条件为：以3～5℃/分的速度逐渐升温至70～80℃，然后继续干燥20min。

所述的锰炭催化内电解填料在处理高浓度有机废水中的应用。

上述方案中，将COD浓度为3000-4000mg/L的有机废水的pH调节为3，然后向其中放入锰炭催化内电解填料，曝气2h后，调节pH到8，静沉后取上清液。

上述方案中，所述锰炭催化内电解填料的质量与有机废水的体积比为1:1g/mL。

本发明的原理为：锰炭内电解材料所需的基本元素为锰和炭，低电位的锰与高电位的炭在废水中产生电位差，具有一定的导电性的废水充当电解质，锰作为阳极被腐蚀，炭作为阴极形成无数微电池。电极反应如下：

阳极(Mn):Mn-2e＝Mn²⁺E₀(Mn²⁺/Mn)＝-1.18V

阴极(C):2H⁺+2e＝2[H]＝H₂E₀(H/H₂)＝0.00V

有氧气时，在酸性条件下发生如下反应：