一种复合多孔结构的污水处理材料及其制备方法和应用

摘要

本发明提供了一种复合多孔结构的污水处理材料及其制备方法和应用，包括如下步骤：将碳源研磨得到碳粉，然后将碳粉通过KOH活化法得到多孔活性炭，将氮化硅与红磷混合均匀，然后将得到的混合物在氢气气氛下于1020‑1050℃热解，热解后将其与多孔活性炭混合，还原焙烧30‑40min，在氮气气氛下自然冷却至室温即得所述的污水处理材料。本发明所述的复合多孔结构的污水处理材料将碳源、氮化硅与红磷结合，制备得到的材料具有多孔结构，同时，具有高强度、耐热、耐腐蚀等优点，红磷因附着在光滑的氮化硅表面，使其具有更显著的稳定性与导电性，使该材料在污水处理过程中，对矿物质、污泥、颗粒等物质具有显著的吸附作用。

权利要求

1.一种复合多孔结构的污水处理材料的应用，其特征在于：所述的污水处理材料在污水处理领域中的应用；所述的污水处理材料在污水处理装置中的应用；

所述的复合多孔结构的污水处理材料的制备方法，包括如下步骤：将碳源研磨得到碳粉，然后将碳粉通过KOH活化法得到多孔活性炭，将氮化硅与红磷混合均匀，然后将得到的混合物在氢气气氛下于1020-1050℃热解，热解后将其与多孔活性炭混合，还原焙烧30-

40min，在氮气气氛下自然冷却至室温即得所述的污水处理材料；所述的氮化硅、红磷与碳源的质量比为1-5.5：8-20：200；所述的KOH活化法的具体步骤为：将碳粉与KOH、催化剂混合，向其中加入水，混合浸泡1-5小时，然后将混合物加入到高温活化釜中，加入碱液，将温度升高至100-150℃进行脱水，再将温度匀速升温至700-800℃，反应4-5小时，然后冷却至室温，用水冲洗后即得所述的多孔活性炭；

所述的污水处理装置，包括筒体、盖体、倒锥体，所述的倒锥体固定于所述的筒体的底部并与所述的筒体相连通，所述的倒锥体的底部设有出液口，所述的盖体固定于所述的筒体上，所述的盖体上设有进液口，所述的筒体的内部纵向的设置有若干的过滤盘体；所述的过滤盘体包括海绵体，所述的海绵体的上表面与下表面均设置有过滤层，所述的海绵体的上表面均匀的设置有若干的过滤棒；所述的过滤层与过滤棒均由所述的污水处理材料制备得到。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的氮化硅、红磷与碳源的质量比为1-

2.5：15-20：200。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述的海绵体之间的距离大于等于所述的过滤棒的高度。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：将所述的复合多孔结构的污水处理材料覆盖于海绵体的两面，用于在污水处理领域中过滤污水。

说明书

一种复合多孔结构的污水处理材料及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于污水处理领域，尤其是涉及一种复合多孔结构的污水处理材料及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 工业生产过程中产生的废水、污水和废液统称为工业废水,其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物和产品以及生产过程中产生的污染物，对环境的影响较大。随着工业的迅速发展,废水的种类和数量迅猛增加,对水体的污染也日趋广泛和严重,威胁人类的健康和安全。因此,对于保护环境来说,工业废水的处理比城市污水的处理更为重要，工业污水一旦发生污染可能会造成对严重的后果，造成水体功能性退化，甚至污染地下水资源。

[0003] 现有的工业污水处理装置多通过基本的过滤沉淀操作，废水中含有的重金属以及其他有害物质等并没有处理掉，对水体的污染能力仍然较大。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种复合多孔结构的污水处理材料及其制备方法和应用。

[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0006] 一种复合多孔结构的污水处理材料的制备方法，包括如下步骤：将碳源研磨得到碳粉，然后将碳粉通过KOH活化法得到多孔活性炭，将氮化硅与红磷混合均匀，然后将得到的混合物在氢气气氛下于1020-1050℃热解，热解后将其与多孔活性炭混合，还原焙烧30-40min，在氮气气氛下自然冷却至室温即得所述的污水处理材料。

[0007] 进一步，所述的氮化硅、红磷与碳源的质量比为1-5.5：8-20：2:0。

[0008] 优选的，所述的氮化硅、红磷与碳源的质量比为1-2.5：15-20：200。

[0009] 进一步，所述的KOH活化法的具体步骤为：将碳粉与KOH、催化剂混合，向其中加入水，混合浸泡1-5小时，然后将混合物加入到高温活化釜中，加入碱液，将温度升高至100-150℃进行脱水，再将温度匀速升温至700-800℃，反应4-5小时，然后冷却至室温，用水冲洗后即得所述的多孔活性炭。

[0010] 一种复合多孔结构的污水处理材料，所述的污水处理材料由所述的制备方法制备得到。

[0011] 一种复合多孔结构的污水处理材料的应用，所述的污水处理材料在污水处理领域中的应用。

[0012] 进一步，将所述的复合多孔结构的污水处理材料覆盖于海绵体的两面，用于在污水处理领域中过滤污水。

[0013] 一种污水处理装置，包括筒体、盖体、倒锥体，所述的倒锥体固定于所述的筒体的底部并与所述的筒体相连通，所述的倒锥体的底部设有出液口，所述的盖体固定于所述的筒体上，所述的盖体上设有进液口，所述的筒体的内部纵向的设置有若干的过滤盘体；

[0014] 所述的过滤盘体包括海绵体，所述的海绵体的上表面与下表面均设置有过滤层，所述的海绵体的上表面均匀的设置有若干的过滤棒；

[0015] 所述的过滤层与过滤棒均由所述的污水处理材料制备得到。

[0016] 进一步，所述的海绵体之间的距离大于等于所述的过滤棒的高度。

[0017] 所述的复合多孔结构的污水处理材料的应用，所述的污水处理材料在污水处理领域中的应用。

[0018] 所述的复合多孔结构的污水处理材料的应用，所述的污水处理材料在所述的污水处理装置中的应用。

[0019] 进一步，将所述的复合多孔结构的污水处理材料覆盖于海绵体的两面，用于在污水处理领域中过滤污水。

[0020] 相对于现有技术，本发明具有以下优势：

[0021] 本发明所述的复合多孔结构的污水处理材料将碳源、氮化硅与红磷结合，制备得到的材料具有多孔结构，同时，具有高强度、耐热、耐腐蚀等优点，红磷因附着在光滑的氮化硅表面，使其具有更显著的稳定性与导电性，使该材料在污水处理过程中，对金属离子、染料、矿物质、污泥、小颗粒等物质具有显著的吸附作用。

[0022] 本发明所述的污水处理装置采用海绵体与污水处理材料相结合，海绵对大颗粒物进行吸收，污水处理材料对小颗粒物进行吸附，两者相互补充，大幅提高了污水处理效果，同时在海绵体上设置有棒状的污水处理材料，使其进行多次污水处理过程，增加了污水经过污水处理材料的次数，提高了污水处理效果。

附图说明

[0023] 图1为本发明实施例所述的污水处理装置示意图；

[0024] 图2为本发明实施例所述的过滤盘体的示意图。

[0025] 附图标记说明：

[0026] 1、筒体；2、盖体；3、倒锥体；4、进液口；5、出液口；6、海绵体；7、过滤层；8、过滤棒。

具体实施方式

[0027] 除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

[0028] 下面结合实施例来详细说明本发明。

[0029] 实施例1

[0030] 一种复合多孔结构的污水处理材料的制备方法，包括如下步骤：将碳源研磨得到碳粉，然后将碳粉通过KOH活化法得到多孔活性炭，将氮化硅与红磷混合均匀，然后将得到的混合物在氢气气氛下于1020℃热解，热解后将其与多孔活性炭混合，还原焙烧30min，在氮气气氛下自然冷却至室温即得所述的污水处理材料。所述的氮化硅、红磷与碳源的质量比为1：18：200。

[0031] 所述的KOH活化法的具体步骤为：将碳粉与KOH、催化剂混合，向其中加入水，混合浸泡2小时，然后将混合物加入到高温活化釜中，加入碱液，将温度升高至110℃进行脱水，再将温度匀速升温至750℃，反应5小时，然后冷却至室温，用水冲洗后即得所述的多孔活性炭。

[0032] 一种复合多孔结构的污水处理材料，所述的污水处理材料由所述的制备方法制备得到。

[0033] 一种复合多孔结构的污水处理材料的应用，所述的污水处理材料在污水处理领域中的应用。将所述的复合多孔结构的污水处理材料覆盖于海绵体的两面，用于在污水处理领域中过滤污水。

[0034] 一种污水处理装置，包括筒体1、盖体2、倒锥体3，所述的倒锥体3固定于所述的筒体1的底部并与所述的筒体1相连通，所述的倒锥体3的底部设有出液口5，所述的盖体2固定于所述的筒体1上，所述的盖体2上设有进液口4，所述的筒体1的内部纵向的设置有若干的过滤盘体。所述的过滤盘体包括海绵体，所述的海绵体的上表面与下表面均设置有过滤层，所述的海绵体的上表面均匀的设置有13个过滤棒。所述的过滤层与过滤棒均由所述的污水处理材料制备得到。所述的海绵体之间的距离等于所述的过滤棒的高度。

[0035] 实施例2

[0036] 一种复合多孔结构的污水处理材料的制备方法，包括如下步骤：将碳源研磨得到碳粉，然后将碳粉通过KOH活化法得到多孔活性炭，将氮化硅与红磷混合均匀，然后将得到的混合物在氢气气氛下于1020℃热解，热解后将其与多孔活性炭混合，还原焙烧30min，在氮气气氛下自然冷却至室温即得所述的污水处理材料。所述的氮化硅、红磷与碳源的质量比为1：8:200。

[0037] 所述的KOH活化法的具体步骤为：将碳粉与KOH、催化剂混合，向其中加入水，混合浸泡2小时，然后将混合物加入到高温活化釜中，加入碱液，将温度升高至110℃进行脱水，再将温度匀速升温至750℃，反应5小时，然后冷却至室温，用水冲洗后即得所述的多孔活性炭。

[0038] 一种复合多孔结构的污水处理材料，所述的污水处理材料由所述的制备方法制备得到。

[0039] 一种复合多孔结构的污水处理材料的应用与污水处理装置同实施例1。

[0040] 实施例3

[0041] 一种复合多孔结构的污水处理材料的制备方法，包括如下步骤：将碳源研磨得到碳粉，然后将碳粉通过KOH活化法得到多孔活性炭，将氮化硅与红磷混合均匀，然后将得到的混合物在氢气气氛下于1020℃热解，热解后将其与多孔活性炭混合，还原焙烧30min，在氮气气氛下自然冷却至室温即得所述的污水处理材料。所述的氮化硅、红磷与碳源的质量比为5：18:200。

[0042] 所述的KOH活化法的具体步骤为：将碳粉与KOH、催化剂混合，向其中加入水，混合浸泡2小时，然后将混合物加入到高温活化釜中，加入碱液，将温度升高至110℃进行脱水，再将温度匀速升温至750℃，反应5小时，然后冷却至室温，用水冲洗后即得所述的多孔活性炭。

[0043] 一种复合多孔结构的污水处理材料，所述的污水处理材料由所述的制备方法制备得到。

[0044] 一种复合多孔结构的污水处理材料的应用与污水处理装置同实施例1。

[0045] 对比例1

[0046] 一种污水处理材料的制备方法同实施例1。

[0047] 一种污水处理材料，所述的污水处理材料由所述的制备方法制备得到。

[0048] 一种污水处理装置采用常规的污水处理设备。

[0049] 对比例2

[0050] 一种污水处理装置，包括筒体1、盖体2、倒锥体3，所述的倒锥体3固定于所述的筒体1的底部并与所述的筒体1相连通，所述的倒锥体3的底部设有出液口5，所述的盖体2固定于所述的筒体1上，所述的盖体2上设有进液口4，所述的筒体1的内部纵向的设置有若干的过滤盘体。所述的过滤盘体采用过滤陶瓷。

[0051] 对比例3

[0052] 一种污水处理材料的制备方法，包括如下步骤：将碳源研磨得到碳粉，然后将碳粉通过KOH活化法得到多孔活性炭，将氮化硅与红磷混合均匀，然后将得到的混合物在氢气气氛下于1020℃热解，热解后将其与多孔活性炭混合，还原焙烧30min，在氮气气氛下自然冷却至室温即得所述的污水处理材料。所述的氮化硅、红磷与碳源的质量比为1：2：200。

[0053] 所述的KOH活化法的具体步骤同实施例1。

[0054] 一种污水处理材料，所述的污水处理材料由所述的制备方法制备得到。

[0055] 一种污水处理装置同实施例1。

[0056] 对比例4

[0057] 一种污水处理材料的制备方法，包括如下步骤：将碳源研磨得到碳粉，然后将碳粉通过KOH活化法得到多孔活性炭，将氮化硅与红磷混合均匀，然后将得到的混合物在氢气气氛下于1020℃热解，热解后将其与多孔活性炭混合，还原焙烧30min，在氮气气氛下自然冷却至室温即得所述的污水处理材料。所述的氮化硅、红磷与碳源的质量比为10：18：200。

[0058] 所述的KOH活化法的具体步骤同实施例1。

[0059] 一种污水处理材料，所述的污水处理材料由所述的制备方法制备得到。

[0060] 一种污水处理装置同实施例1。

[0061] 对比例5

[0062] 一种污水处理材料的制备方法，包括如下步骤：将碳源研磨得到碳粉，然后将碳粉通过KOH活化法得到多孔活性炭，将氮化硅与红磷混合均匀，然后将得到的混合物在氢气气氛下于1020℃热解，热解后将其与多孔活性炭混合，还原焙烧30min，在氮气气氛下自然冷却至室温即得所述的污水处理材料。所述的氮化硅、红磷与碳源的质量比为1：18：200。

[0063] 所述的KOH活化法的具体步骤为：将碳粉与KOH、催化剂混合，向其中加入水，混合浸泡2小时，然后将混合物加入到高温活化釜中，加入碱液，将温度升高至100℃进行脱水，再将温度匀速升温至500℃，反应5小时，然后冷却至室温，用水冲洗后即得所述的多孔活性炭。

[0064] 一种污水处理材料，所述的污水处理材料由所述的制备方法制备得到。

[0065] 一种污水处理装置同实施例1。

[0066] 对实施例1-3与对比例3-5中得到的污水处理材料进行检测，其孔隙结构参数与吸附性能如表1所示。

[0067] 表1 性能参数

[0068]   比表面积（m2·g-1） 孔体积（cm3·g-1） 孔径（nm） 碘吸附值（mg·g-1）实施例1 1493 0.821 1.614 2684实施例2 1169 0.714 1.206 2475
实施例3 1368 0.786 1.526 2613
对比例3 931 0.626 1.172 1824
对比例4 1015 0.694 1.068 1419
对比例5 719 0.324 0.752 1067

[0069] 从表1中可以看到实施例1-3中得到了具有多孔、强吸附的污水处理材料，而在材料中添加过多的氮化硅或过少的红磷都无法达到理想的效果，实施例5中降低了活化步骤的反应温度，导致材料出孔较少，吸附能力较弱。

[0070] 对实施例1-3与对比例1-5中得到的污水处理装置进行污水处理各项目的检测，计算公式如下：

[0071] 检测结果=（处理前污水中单个项目的含量-处理后污水中单个项目的含量）*100%/处理前污水单个项目的含量

[0072] 染料为中性枣红、直接混纺黑，金属离子为铜离子与铁离子，颗粒物为直径在5mm以下的杂质，计算结果如表2所示。

[0073] 表2 检测数据

[0074] 项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5染料（%） 82.6 76.9 80.7 72.3 24.5 54.7 50.4 30.8金属离子（%） 75.3 70.2 74.8 67.5 31.8 45.3 58.1 23.5
颗粒物（%） 93.5 84.5 88.4 52.4 67.4 71.6 74.1 62.4

[0075] 从表2中可以看出实施例1-3中的设备在处理染料、金属离子与颗粒物方面具有优异的效果，对比例1中采用了常规的设备与多孔材料，但其对颗粒物处理的效果也不甚理想，对比例2中仅采用本发明中的设备，而没有采用多孔材料，其对染料与金属离子吸附的很少，达不到处理的效果，而对比例3-4中因为加入过多的氮化硅与较少的红磷，其效果均不理想。

[0076] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。