一種含銅鎳汙泥資源化製備三維粒子電極及其製備方法與流程

2023-06-03 12:36:11

本發明屬於廢汙水處理領域，具體涉及一種含銅鎳汙泥資源化製備三維粒子電極及其製備方法。

背景技術：

隨著工農業的發展和世界人口的增加，生活、生產用水的需求量和廢水 排放量大幅增加，廢水中含有的有毒有害物質且難降解有機物對水體造成的汙染 也日趨嚴重。對於難降解有機廢水的處理，人們常採用的方法主要包括萃取、吸附、化學沉澱、混凝沉澱、膜分離、電化學氧化法和化學氧化法等。近年來，電化學技術受到高度關注，成為難降解有機廢水領域最重要的研究與發展方向之一。

電化學催化氧化水處理技術無需投加化學試劑、無二次汙染、反應條件溫和、對多種有機汙染物氧化效果較好。電化學催化氧化過程可分為直接氧化和間接氧化兩種。所謂直接氧化是指汙染物吸附在陽極表面直接發生電子轉移而被氧化的過程，一般在汙染物濃度較高的時候發生；間接氧化是指通過電解液中的一些媒介，或者利用電極表面產生的一些活性中間產物( 如OH、OCl－、H2O2、O3等) 來實現汙染物的氧化降解。

電化學氧化法研究的逐漸深入，發現傳統的二維平板電極反應器普遍存在降解效率低的問題。針對如何提高電化學降解效率的問題，近年來的研究及報導主要側重於電極結構的優化，如三維電極技術。傳統的平板二維電極反應體系，存在面體比小，能耗高，副反應多等問題。三維電極在一定程度上克服了這些缺點，三維電極又稱粒子電極或床電極，它是在原有的二維電極之間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料，導致裝填電極材料表面帶電，成為新的一極，即第三極，在工作電極材料表面能發生電化學反應。由於其面積比較大，能以較低電流密度提供較大的電流強度，反應速度快，且粒子之間間距小，物質傳質得以極大改善，單位時空產率和電流效率均得以極大提高。

技術實現要素：

為了克服現有技術中所存在的缺陷，本發明的目的是提供一種催化活性高、單位COD 耗能低、活性組分不易流失的含銅鎳汙泥資源化製備三維電極粒子及其製備方法。

為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是：

一種含銅鎳汙泥資源化製備三維粒子電極，按照重量百分比計，包括含銅鎳汙泥10-20wt%、粉末活性碳30wt%-50wt%、陶土20wt%-40wt%、成孔劑5-10%、粘結劑1-5wt%、活化調節劑0.1-0.5wt%。

進一步地，所述的成孔劑為羥丙甲基纖維素。

進一步地，所述的粘結劑為木質素磺酸鈣或矽酸鈉。

進一步地，所述的三維粒子電極為直徑5-6mm，長10-15mm的圓柱形。

一種含銅鎳汙泥資源化製備三維粒子電極的製備方法，包括以下步驟：按配比含銅鎳汙泥為10-20wt%，活性碳為30wt%-50wt%，陶土為20wt%-40wt%，成孔劑5-10%，混合攪拌均勻後加入所稱取的粘結劑和活化調節劑，攪拌均勻，然後採用擠條機壓製成直徑5-6mm的長條柱形，被切割為約10-15mm長度圓柱形，然後乾燥焙燒即可。

進一步地，所述的活化調節劑的組成分為：鈰10-30wt%、鈦10-30 wt %、鐵20-40wt%、銅0-10wt%和鎳0-10 wt%，各組分重量百分數之和為100%。

進一步地，所述的活化調節劑中鐵的加入形式為硝酸鐵或氯化鐵，銅的加入形式為氫氧化銅，鈰的加入形式為二氧化鈰或硝酸亞鈰，鈦的加入形式為二氧化鈦，鎳為氫氧化鎳。

進一步地，所述的活化調節劑中銅、鎳和鐵的投加量需根據資源化汙泥中銅、鎳和鐵的含量進行調整。

進一步地，所述的乾燥溫度為80°C，乾燥時間為6h。

進一步地，所述的焙燒溫度為500-1000°C，焙燒時間為4-6h。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

本發明不僅解決了重金屬汙泥的環保問題，同時實現了有價資源的有效利用，降低了催化三維粒子電極的製造成本。

附圖說明

圖1是本發明的工藝流程圖。

具體實施方式

下面實施例對發明作詳細說明，所提供的實施例是在本發明的技術方案為前提下進行實施，但本發明的保護範圍不限於下述實施例。

如圖1所示，本實施方式一種含銅鎳汙泥資源化製備三維粒子電極及其制

備方法，具體是按照以下步驟進行的：

1）活性碳粉末預處理：選用粒徑100目左右的活性碳粉末，用去離子水將活性碳粉末洗滌、浸泡、離心，在80℃烘乾12h；

2）所述含銅鎳汙泥主要為來自電鍍行業含銅含鎳廢水處理的含銅含鎳汙泥或者是其他行業含銅含鎳汙泥，先進行溫度在90-130℃乾燥12h，然後採用粉碎機將其粉碎為約100目的粉末；

3）催化劑調整劑製備：取氯化鐵、二氧化鈰和二氧化鈦，按照50wt%、20wt%、30wt%重量百分數，混合均勻，得到複合催化劑；

4）成孔劑製備：取羥丙甲基纖維素配置成10%溶液待用；

5）粘結劑製備：取矽酸鈉配置成10%溶液待用；

6）將步驟1-5得到的汙泥、活性碳粉末、陶土、成孔劑、粘結劑和催化調整劑，以17%汙泥粉末、45wt%活性碳粉末、40wt%陶土、5wt%成孔劑、2.5wt%粘結劑和0.3wt%複合催化劑為比例混合，製成直徑5-6mm，長度10-15mm的圓柱長條；

7）乾燥：將上步所得的圓柱長條置於乾燥箱中，在80℃下乾燥6h；

8）焙燒：將上步所得乾燥後的球狀粒子填料放入馬弗爐，在800℃的溫度下燒制4h，冷卻至室溫，得到複合催化三維粒子電極填料；

9）將實施例中製備的粒子電極填充在三維電極反應器中進行處理對硝基苯酚的電解實驗，其中電解質NaCl的添加量為0.4%，陰陽極板均為石墨電極。粒子電極進行降解實驗前用150mg/L對硝基苯酚溶液反覆浸泡，直至吸附飽和。工作壓力為10V，極板間距為15cm，降解60min對硝基苯酚去除率為95%。