一种钢渣基多孔粒子电极

摘要

一种钢渣基多孔粒子电极及其制备方法属于废水处理技术领域。本发明是以处理后的钢渣、页岩、成孔剂、活化剂为原料，按一定重量比例混合搅拌均匀，挤压成生料球，进行干燥处理，置于特定温度下加热、活化、焙烧，一段时间后取出，冷却至室温得到成品。本发明制备的粒子电极多孔，具有很大的比表面积、很强的吸附性能、良好的导电性能和催化性能，是一种新型高效的粒子电极。本发明提供的一种钢渣基多孔粒子电极及其制备方法，充分利用工业废弃物—钢渣，既可以变废为宝,又可以减少环境的污染、解决土地占用等问题。

权利要求

1.一种钢渣基多孔粒子电极，其特征在于：按照重量百分比计，包括干燥细钢渣颗粒

50-60%、干燥细页岩10-20%、成孔剂10-20%、活化剂10-20%，其制备方法的特征在于，包括以下步骤：A、钢渣颗粒于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡，于烘箱内105℃下烘干，然后过80目筛，取干燥细钢渣颗粒备用；

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80目筛，取干燥细页岩备用；

C、将步骤A中的干燥细钢渣颗粒、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，包括干燥细钢渣颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%，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105℃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，得到钢渣基多孔粒子电极材料。

2.如权利要求1所述的钢渣基多孔粒子电极，其特征在于：成孔剂是炭粉、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。

3.如权利要求1所述的钢渣基多孔粒子电极，其特征在于：活化剂是Fe3O4、Fe2O3、MnO2、ZnO中的一种。

说明书

一种钢渣基多孔粒子电极

技术领域

[0001] 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钢渣基多孔粒子电极及其制备方法。

背景技术

[0002] 钢渣是炼钢后所排的一种固体废弃物，由金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蚀的炉衬和补炉材料、金属炉料带入的杂质如泥砂和特意加入的造渣材料，如石灰、萤石、脱氧剂等所形成的废物。钢渣成分比较复杂，钢渣处理一直是困扰我国炼钢行业的难题。在过去，这种固体废弃物大部分被用做路基回填材料，利用率一直很低，既占用大量城市土地，又对环境、空气造成严重污染。如果能够得到深层次的开发和利用，不但可以消除环境污染，而且还能够创造巨大的经济效益。

[0003] 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。粒子电极的性能显著影响三维电极反应器的处理效果，根据粒子电极的作用机理，在复极性三维电极体系中，当在主电极上施加一定电压时，填充于两极之间的粒子电极，因静电感应使粒子两端带不同的电荷，粒子两端分别成为阴、阳两极，并在其上发生电化学反应。因此，作为粒子电极必须同时具备三个条件:l)在静电场中能够感应起电，这就要求粒子电极具有良好的导电性，因为绝缘体在静电场中不会感应起电;2)粒子之间相互绝缘，以避免粒子相连，形成短路;3)良好的催化性和稳定性，粒子电极表面物质必须对废水中有机物的降解具有良好的催化性。针对以上分析，本发明利用钢渣，发明了一种钢渣基多孔粒子电极，用于三维粒子电极处理污水。

发明内容

[0004] 本发明针对以上分析，提供一种钢渣基多孔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。

[0005] 一种钢渣基多孔粒子电极，按照重量百分比计，干燥细钢渣颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。

[0006] 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。

[0007] 所述活化剂可以是Fe3O4、Fe2O3、MnO2、ZnO中的一种。

[0008] 所述钢渣是炼钢后所排的一种固体废弃物，由金属炉料中各元素被氧化后生成的氧化物、被侵蚀的炉衬和补炉材料、金属炉料带入的杂质如泥砂和特意加入的造渣材料，如石灰、萤石、脱氧剂等所形成的废物，是一种工业废弃物。

[0009] 上述钢渣基多孔粒子电极的制备方法，包括如下步骤：

[0010] A、钢渣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105℃下烘干，然后过80目筛，取干燥细钢渣颗粒备用；

[0011] B、页岩放于烘箱内105℃烘干，将烘干的土样在研钵中粉碎，然后过80目筛，取干燥细页岩备用；

[0012] C、将步骤A中的干燥细钢渣颗粒、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；

[0013] D、将步骤C中的生料球在烘箱中105℃下烘24小时；

[0014] 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，得到钢渣基多孔粒子电极材料。

[0015] 按照重量百分比计，干燥细钢渣颗粒占50-60%、干燥细粘土占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。

[0016] 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。

[0017] 所述活化剂可以是Fe3O4、Fe2O3、MnO2、ZnO、SnO2中的一种。

[0018] 通过上述制备方法制备的钢渣基多孔粒子电极，取固体废弃物为钢渣。钢渣中含有各元素被氧化后生成的氧化物，与成孔剂、活化剂混合在一起后，能够产生良好的化学反应，使颗粒表面形成多孔状态，具有较好的吸附性能，能够导电，具有一定的催化性能。而且，冶炼钢铁过程中产生的废弃物钢渣，其堆放不仅需要资金和大面积堆场，而且污染环境。利用钢渣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。

[0019] 本发明提供的钢渣基多孔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。

[0020] 以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

[0021] 实施例一：

[0022] A、钢渣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105℃下烘干，然后过80目筛，取干燥细钢渣颗粒备用；

[0023] B、页岩放于烘箱内105℃烘干，将烘干的土样在研钵中粉碎，然后过80目筛，取干燥细页岩备用；

[0024] C、将步骤A中的干燥细钢渣颗粒、步骤B中的干燥细页岩、炭粉和Fe3O4按照50%:20%:20%:10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；

[0025] D、将步骤C中的生料球在烘箱中105℃下烘24小时；

[0026] 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20min, 再以300℃/h 升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到钢渣基多孔粒子电极材料。

[0027] 取上述实施例中制备的钢渣基多孔粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml城市废水30min，CODcr去除率达到95%。

[0028] 实施例二：

[0029] A、钢渣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105℃下烘干，然后过80目筛，取干燥细钢渣颗粒备用；

[0030] B、页岩放于烘箱内105℃烘干，将烘干的土样在研钵中粉碎，然后过80目筛，取干燥细页岩备用；

[0031] C、将步骤A中的干燥细钢渣颗粒、步骤B中的干燥细页岩、锯末屑和Fe2O3按照55%:15%:15%:15%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；

[0032] D、将步骤C中的生料球在烘箱中105℃下烘24小时；

[0033] 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20min, 再以300℃/h 升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到钢渣基多孔粒子电极材料。

[0034] 取上述实施例中制备的钢渣基多孔粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml城市废水30min，CODcr去除率达到94%。

[0035] 实施例三：

[0036] A、钢渣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105℃下烘干，然后过80目筛，取干燥细钢渣颗粒备用；

[0037] B、页岩放于烘箱内105℃烘干，将烘干的土样在研钵中粉碎，然后过80目筛，取干燥细页岩备用；

[0038] C、将步骤A中的干燥细钢渣颗粒、步骤B中的干燥细页岩、淀粉和MnO2按照60%:15%:15%:10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；

[0039] D、将步骤C中的生料球在烘箱中105℃下烘24小时；

[0040] 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20min, 再以300℃/h 升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到钢渣多孔基粒子电极材料。

[0041] 取上述实施例中制备的钢渣基多孔粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml城市废水30min，CODcr去除率达到94%。

[0042] 实施例四：

[0043] A、钢渣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105℃下烘干，然后过80目筛，取干燥细钢渣颗粒备用；

[0044] B、页岩放于烘箱内105℃烘干，将烘干的土样在研钵中粉碎，然后过80目筛，取干燥细页岩备用；

[0045] C、将步骤A中的干燥细钢渣颗粒、步骤B中的干燥细页岩、淀粉和MnO2按照60%:10%:10%:20%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；

[0046] D、将步骤C中的生料球在烘箱中105℃下烘24小时。

[0047] 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20min, 再以300℃/h 升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到钢渣基多孔粒子电极材料。

[0048] 取上述实施例中制备的钢渣基多孔粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml城市废水30min，CODcr去除率达到96%。

[0049] 实施例五：

[0050] A、钢渣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105℃下烘干，然后过80目筛，取干燥细钢渣颗粒备用；

[0051] B、页岩放于烘箱内105℃烘干，将烘干的土样在研钵中粉碎，然后过80目筛，取干燥细页岩备用；

[0052] C、将步骤A中的干燥细钢渣颗粒、步骤B中的干燥细页岩、聚乙烯醇( PVA)和ZnO按照55%:15%:20%:10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；

[0053] D、将步骤C中的生料球在烘箱中105℃下烘24小时；

[0054] 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20min, 再以300℃/h 升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到钢渣基多孔粒子电极材料。

[0055] 取上述实施例中制备的钢渣基多孔粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml城市废水30min，CODcr去除率达到96%。

[0056] 实施例六：

[0057] A、钢渣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105℃下烘干，然后过80目筛，取干燥细钢渣颗粒备用；

[0058] B、页岩放于烘箱内105℃烘干，将烘干的土样在研钵中粉碎，然后过80目筛，取干燥细页岩备用；

[0059] C、将步骤A中的干燥细钢渣颗粒、步骤B中的干燥细页岩、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和ZnO按照55%:15%:20%:10%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；

[0060] D、将步骤C中的生料球在烘箱中105℃下烘24小时；

[0061] 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20min, 再以300℃/h 升至1050℃焙烧30min，自然冷却至室温，得到钢渣基多孔粒子电极材料。

[0062] 取上述实施例中制备的钢渣基多孔粒子电极5.0g，填充于反应器中，制得三维电极反应器，在电压为6.0V，电流为0.2A时，通电降解30ml城市废水30min，CODcr去除率达到97%。

[0063] 实施例七：

[0064] A、钢渣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105℃下烘干，然后过80目筛，取干燥细钢渣颗粒备用；

[0065] B、页岩放于烘箱内105℃烘干，将烘干的土样在研钵中粉碎，然后过80目筛，取干燥细页岩备用；

[0066] C、将步骤A中的干燥细钢渣颗粒、步骤B中的干燥细页岩、聚苯乙烯和ZnO按照55%:10%:15%:20%的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；

[0067] D、将步骤C中的生料球在烘箱中105℃下烘24小时；

[0068] 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