[发明专利]一种铁基多金属合金微电解填料的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铁基多金属合金微电解填料的制备方法和应用，针对现有铁碳微电解填料在废水处理中容易板结、处理效率低的问题，将铁粉和铜、镍、锌、锰的一种或两种金属催化组分通过用机械力化学的方法球磨制备得到铁基多金属合金粉，再将铁基多金属合金粉、炭、粘土和造孔剂等原料混合，加入适量的水和粘结剂经捏合、切割、造粒、抛光等工序后制成生料球，在缺氧气氛下连续烧结成为较高强度的铁基多金属合金微电解填料。本发明制备得到的微电解填料可用于印染、化工、电镀、造纸等工业废水在生化处理工艺前的预处理，也可用于污水处理厂的深度处理等废水治理领域。

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体涉及一种工业废水催化还原预处理材料和应用方法。

背景技术

在污水治理领域，我国水处理工艺以生物法为主，但工业废水中的有毒害有机物和难降解有机物往往难以依靠生物法处理达标排放，即使采用化学氧化也难以将部分大分子有机物彻底降解为无机物。然而，大部分有毒害有机物和难降解有机物相对容易化学还原，并且还原产物对微生物的毒害作用也大大降低，使得废水生物降解性得以提高。

目前，国内外研究较为成熟的化学还原工艺是铁碳微电解法，其机理主要有阴极的电化学催化作用、铁直接还原、新生态H的还原、羟基铁络合物的聚合沉淀等，工程应用表明，该方法对染料废水、印染废水、造纸废水、化工废水等工业废水中的难降解有机污染物的去除有较好的效果。例如，染料废水中难降解污染物质主要来源于偶氮染料的偶氮类有机污染物，偶氮类物质不但具有特定的颜色，而且分子结构复杂，生物可降解性差，大多数具有潜在毒害，其中的偶氮键具有吸电子性，不易氧化降解。相反地，偶氮键被还原后断裂生成芳香胺容易被氧化或被好氧微生物降解，并且具有较好的脱色效果。

但随着铁碳微电解技术的发展，其在废水处理工程应用上的缺陷也逐渐凸显。传统的微电解技术所用原材料主要是铁屑、木炭，如早期的一元或二元微电解填料，两者之间是物理接触，使用过程中易钝化板结产生隔离层而失去作用，这就导致了频繁的更换填料，工作量大，成本高，影响处理效果和效率。专利号为CN101838034A的发明专利公开了一种高效能、抗板结微电解材料及其制备方法，采用高温造孔技术增大了填料的孔隙率和比表面积，以此提高填料处理效果和增加使用寿命。但该方法存在铁的消耗快、加入了比重较大的膨润土，反应过程中膨润土不会消耗，致使产生的污泥量较大，且填料表面的铁消耗以后，内部的铁被粘土包围，使得反应效果开始下降。

因此，为了提高微电解填料对废水的处理效率，在二元微电解填料的基础上再加一种乃至多种金属或非金属，构成多元微电解填料。通过在铁表面加入另一种金属与其形成双金属来强化还原反应，其实质仍是铁的电化学腐蚀反应，同时由于加入的另一种标准电极电位比铁高的金属作为阴极金属与铁形成电偶电对，对污染物起到催化还原作用，其中零价铁在酸性废水中失去电子的反应为整个体系的反应基础，而污染物可在零价铁表面得到电子实现还原，也可在双金属阴极表面得到电子而还原，两者之间的还原比例随着反应污染物和反应条件的不同而有所差别。目前见报道的三元微电解填料体系包括Co-Fe-C、Cu-Fe-C、Ni-Fe-C和Al-Fe-C等，但目前的理论研究还处于初期阶段，由于不同的阴极金属有不同的标准氧化电位和不同的表面性质，所以各填料体系之间处理效果差异明显，同种填料体系对不同污染物的还原效率也会有很大不同，部分原因可能在于污染物的结构和反应途径的不同。

此外，阴极金属与零价铁表面的覆盖方式、阴极与阳极的质量比等均对还原效率有一定影响。

专利号是CN107199037A的发明专利公开了一种Cu/Fe双金属材料表面改性臭氧催化剂的制备方法，主要以化学镀的方法在钢材料表面镀少量的铜，形成不完全覆盖的单质铜膜，在酸性或中性溶液强氧化环境中，在双金属表面形成钝化膜，以此减少催化剂的损耗。该化学镀方法需要对钢材做除油除锈预处理，再以硝酸或H₂O₂为氧化剂改性催化剂，实际操作复杂且可控性较差，难以应用推广。因此，改进多元铁碳微电解填料的制备工艺、控制其成本是实现大规模应用推广的关键因素。

发明内容