[发明专利]一种新型高效持久性电催化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新型高效持久性电催化粒子电极及其制备方法。

背景技术

复极性三维电极（TDE）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。复极性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。TDE降解废水中的有机污染物技术至今未能实现工业化，其主要原因是电流效率低，能耗高。TDE处理难降解有机物的难点在于两个“时间”问题：一是处理降解有机物的电催化速度和效率如何提高;另一个是电极寿命问题，即电极的稳定性如何提高。对于前者，要从研制高电催化活性的粒子电极和有效的反应器设计入手来解决；对于后者，则要从粒子电极的结构和制备方法入手去研究。目前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，然而这些粒子电极存在如下问题：活性炭颗粒的阻抗相对较小，装填于三维电极反应器中运行时容易形成短路电流，从而降低电流效率，并且活性炭粒子在电解过程中还会出现粉化现象；金属氧化物粒子电极在电解过程中会有一些有毒的离子溶出，会成为二次污染物，例如PbO₂粒子电极；负载的金属或金属氧化物克服了活性炭粒子电极的缺点，提高了水处理效果，但也存在负载金属易于脱落等问题。因此，本发明要解决的技术问题是提供一种具有高效持久性电催化功能的粒子电极及制备方法，以解决现有粒子电极稳定性不够、寿命短、电极材料成本较高的问题。

发明内容

本发明针对以上问题，提供一种新型高效持久性电催化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，可有效降解废水中的有机物，且电流效率高，能耗低。

本发明的技术方案之一是提供一种具有高效持久性电催化功能的粒子电极由干燥细赤泥颗粒、干燥细页岩、成孔剂、活化剂、负载剂构成。

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。

所述赤泥是制铝工业在炼制氧化铝过程中排出的极细颗粒强碱性固体废弃物，因含有氧化铁而呈红色，是一种工业废弃物。

所述负载剂是SnC1₄·5H₂0和Mn(NO₃)₂。

本发明的技术方案之二是提供一种具有高效耐久性电催化功能的粒子电极的制备方法，包括以下步骤:

A、赤泥颗粒于球磨机中球磨，取出后先后在稀酸（10%盐酸）、稀碱（10%氢氧化钠）中煮沸半小时，再用蒸馏水冲洗、浸泡(目的为去除表面吸附的有机物等杂质)，于烘箱内105℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细赤泥颗粒备用；

B、页岩放于烘箱内105℃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中的干燥细赤泥颗粒、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，制备混合生料；

D、将SnC1₄·5H₂0和Mn(NO₃)₂以物质的量比为82:45溶于盐酸中,再加入无水乙醇配成溶液，搅拌均匀，得到溶胶；

E、将步骤C中的混合生料浸渍于步骤D中得到的溶胶中4h，再于烘箱内105℃下烘干，冷却至室温，制备负载生料；

F、将步骤E中的负载生料挤压成生料球，并在烘箱中120℃下烘24小时；

G、将步骤F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850℃焙烧10-30min，自然冷却至室温，得到新型高效持久性电催化粒子电极。

混合生料按照重量百分比计，干燥细赤泥颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。