[发明专利]一种规整化铁碳微电解填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程材料技术领域，具体涉及一种规整化铁碳微电解填料及其制备方法。

背景技术

微电解技术是一种应用电化学原理处理废水的工艺，也称内电解法，利用阳极(铁)与阴极(碳)之间1.2V的电位差对污染物进行处理，特别针对有机物浓度大、高毒性、高色度、难生化废水的处理，可大幅削减废水色度和COD，提高其可生化性；此外，微电解技术还可吸附、还原各种重金属离子，因此，微电解技术广泛应用于印染、造纸、化工、电镀、印刷线路板、制药等各类工业废水的处理。

传统铁碳微电解填料是将铁屑和活性碳按比例物理混合，构成铁碳固定床，但因铁粒(阳极)与碳粒(阴极)物理分离，微电解产生的电流密度小，废水处理效果差；铁粒表面易生锈钝化，造成填料层板结，形成沟流，需频繁反冲洗填料层或更换填料，增加了微电解工艺的复杂性。因此，抗板结微电解填料的研制，显得十分必要。近年来，国内铁碳微电解填料的生产与市场销售发展快速，产品主要由金属铁粉、活性碳、有色金属催化剂以及粘结剂组成，经混合、成型和烧结制成，填料已实现规整化，克服了填料板结问题。但是，仍存在如下问题：填料原料成本高，产品售价高、水处理成本上升；烧结温度低，填料结构松散，废水处理时损耗快；常规铁碳填料生产直接采用市售的金属铁粉，市售金属铁粉因表面氧化而被钝化，直接应用于填料中，活性低，电流密度小。

造纸污泥是处理造纸废水残剩的固体废物，每生产1吨纸，会产生含水量80%的污泥约1.2吨，造纸污泥成分复杂、含水量高、处理难度大，其处置费用会占到造纸废水处理总费用的50%以上，造纸污泥处置已成为困扰造纸企业经营的难题。

造纸污泥中生物质丰富，有机物含量50～65%，有机质主要为纤维素、半纤维素、木质素等高分子有机物，无机物多为碳酸钙、滑石等填料。

发明内容

针对现有铁碳微电解填料的高成本及技术缺陷，本发明公开了一种规整化铁碳微电解填料及其制备方法，所述制备方法以价廉易得的铁精粉和烟煤为主要原料，造纸污泥为造孔剂，经成型、高温焙烧处理，制得铁碳一体、孔隙发达的铁碳微电解填料，铁阳极活性高，在保证高效净化功能的同时，彻底解决钝化与板结等问题，并降低填料生产成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种规整化铁碳微电解填料的制备方法，所述制备方法以铁精粉、烟煤煤粉为原料，以烘干粉碎后造纸污泥为造孔剂，以铜粉为催化剂，并添加粘结剂，混合均匀后压制成型，并烘干获得干球填料，通过高温焙烧将所述干球填料中的所述铁精粉直接还原生成阳极金属铁，制备获得铁碳微电解填料。

进一步地，所述制备方法包括：铁精粉的制备、烟煤煤粉的制备、烘干粉碎后造纸污泥的制备、催化剂的制备、压制成型以及高温焙烧步骤。

进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：

（1）铁精粉的制备：所述铁精粉是将炼铁用铁精粉过200目筛后获得；

（2）烟煤煤粉的制备：所述烟煤煤粉是将烟煤进行粉碎过200目筛后获得，所述烟煤煤粉中固定碳的质量百分含量大于80%；

（3）烘干粉碎后造纸污泥的制备：收集造纸废水中的固体废物，得到湿造纸污泥，将所述湿造纸污泥置于80～120℃下烘干，粉碎后过100目筛，即得到所述烘干粉碎后造纸污泥；

（4）催化剂的制备：所述催化剂为过200目筛后获得的铜粉；

（5）压制成型：按重量百分比计，取所述铁精粉40～70份、所述烟煤煤粉10～30份、所述烘干粉碎后造纸污泥8～15份、所述催化剂1～3份以及粘结剂5～8份；将上述重量份的铁精粉、煤粉、烘干粉碎后造纸污泥、催化剂以及粘结剂混合均匀，得到混合料，往所述混合料中加水混匀，并控制所述混合料中含水率为10～15%，将加水混匀后的混合料放入高压压球设备中压制成型，得到湿球填料，将所述湿球填料于75～90℃下烘干，得到干球填料；

（6）高温焙烧：将步骤（5）得到的所述干球填料置于与空气隔绝的高温炉中，在1230～1280℃下高温焙烧1～3小时，隔绝空气冷却到400℃以下，取出自然冷却后，制得所述铁碳微电解填料。

进一步地，步骤（5）中所述粘结剂为硅酸钠、膨润土中的一种或两种。

一种规整化铁碳微电解填料，根据所述一种规整化铁碳微电解填料的制备方法制备获得，所述铁精粉直接还原生成的所述阳极金属铁的粒度小于10μm，所述铁碳微电解填料以铁为阳极，以碳为阴极，所述阳极的铁与所述阴极的碳的质量比为(3.2～8.2):1。