一种处理氨氮废水电催化阳极材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明公开了一种处理氨氮废水电催化阳极材料的制备方法，属于废水处理技术领域。
【背景技术】
[0002]水资源不仅是人类生产生活的关键资源，也是人类社会发展的重要因素。我国是一个水资源十分短缺的国家，人均水资源的占有量也是世界最贫乏的国家之一，尽管如此，我国的水资源污染还是呈现逐年加重的趋势。
[0003]随着我国化肥、石油化工等行业的不断发展壮大，其生产过程中产生的氨氮废水也日趋增多，污水中的含氮物质对生态环境造成了很大危害，废水中的氨氮能够加速水藻的生长，引起自然水体的富营养化，水体中高质量浓度的氨氮还会消耗大量的溶解氧，对水生生物造成毒害，另外，氨氮氧化产物亚硝酸盐也具有毒性，会破坏人体的血红蛋白，长期饮用含有亚硝酸盐的水源会诱使高铁血红蛋白症的发生，严重危害人体健康，因此，世界健康组织规定饮用水中的氨氮含量浓度不得超过I.5mg/L0
[0004]氨氮废水对环境的影响已经引起环保领域和社会各界的关注，近年来我国环保部门已经加强了对废水中氨氮浓度的检测和控制，国内对氨氮废水的处理方法已开展了很多研究，目前，氨氮废水的处理方法主要有生物处理方法、物理处理方法、化学处理方法。其中，生物处理方法主要适用于含有大量有机物的含氨氮废水，包括活性污泥法和人工湿地法，生物处理方法的缺点是流程长，反应器大，常需外加碳源，能耗大，成本高;物理处理方法包括吹脱、闪蒸、膜分离等，物理处理方法的缺点是能耗大，有二次污染，出水氨氮浓度仍偏高；化学处理方法包括离子交换、化学沉淀、电化学处理和折点加氯法等，化学处理方法的缺点是需用药剂量大，成本高，会产生有害气体。
[0005]与传统的生物废水处理方法和化学废水处理法相比，电催化氧化废水处理技术具有操作管理方便，氧化条件可控程度高，易实现自动化控制，且后处理简单，设备集成度高、占地少等优点，尤其在生物降解废水的处理方面表现出了高效的降解能力，已日渐成为水污染控制领域中的一个研究热点，但是该方法在处理的过程中需要加入大量的碱，导致成本高。
[0006]另外，在传统的污物控制的电化学研究中，电极材料的研究与开发是一个热门话题，而与电催化特性密切相关的阳极材料更是人们关注的焦点，随着电催化理论与实践的迅速发展，人们越来越重视新型、高效、催化阳极材料的研究与开发，而传统的电催化阳极材料一般以具有导电性的重金属为基质，采用电沉积法制得，功能单一，且电极寿命短、电沉积易脱落，限制了在环境电化学中的可能应用前景。
【发明内容】
[0007]本发明主要解决的技术问题:针对目前常用的电催化氧化法在处理氨氮废水时，虽操作管理方便，后处理简单，但需要加入大量的碱，导致成本高，且传统的电催化阳极材料以具有导电性能的重金属为基质，采用电沉积法制得，功能单一，电极寿命短且电沉积层易脱落的现状，提供了一种以丝瓜瓤、柚子皮瓤和麦麸为原料制得生物质炭，通过氧化沉淀法制得氧化铅，再将硫化镉和二氧化钛溶胶滴定反应后制得掺杂硫化镉后的纳米二氧化钛，最后经压制机压制成型，煅烧后从而得到处理氨氮废水电催化阳极材料的制备方法。该方法操作简便，不仅原料易得，成本降低，将原料进行炭化，增加了电极的导电性，同时多孔生物质炭又加强了电极材料对污染物的吸附性，而且利用高压压制法又解决了电沉积层易脱落、电极寿命短的问题，使得制得的氨氮废水电催化阳极材料使用寿命长，电沉积层不易脱落，脱除氨氮效果极佳。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
(1)称取40?50g丝瓜瓤、50?60g柚子皮瓤和10?30g麦麸一起放入气流粉碎机中粉碎后过100目标准筛，将过筛后的混合物料移入炭化炉中，以氮气作为保护气，设置炭化温度为500?600°C，保温炭化I?2h后，得到自制大孔隙率生物质炭，备用；
(2)称取50?10g醋酸铅倒入200?300mL去离子水中，用玻璃棒搅拌均匀直至醋酸铅完全溶解，再用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8?10，继续加入50?10mL质量浓度为10%次氯酸钠溶液和80?10mL质量浓度为30%双氧水，移入90?100°C水浴锅中，保温搅拌反应4?6h;
(3)反应结束后，将反应液移入4?6°C的冰水浴中，静置沉淀过夜，再将沉淀过夜后的混合液装入布氏漏斗，用去离子水抽滤洗涤3?5遍后得到棕色沉淀物，将其放入烘箱，在105?110°C下干燥2?3h后即得氧化铅粉末，备用；
(4)量取80?10mL钛酸丁酯溶于100?150mL乙二醇甲醚中，并加入2?3g乙酰丙酮，放置在磁力搅拌机上，以200?300r/min转速搅拌15?25min，边搅拌边加入适量蒸馈水直至得到透明二氧化钛溶胶，备用；
(5)在盛有30?50mL蒸馏水的锥形瓶中，依次加入5?7mL浓度为0.2mol/L氯化镉溶液和6?8mL浓度为0.lmol/L硫化钠溶液，搅拌均匀后再加入0.5?0.8g六偏磷酸钠，移入超声分散仪，以100?200W功率超声分散直至硫化镉溶胶透明；
(6 )通过移液管将1?15mL上述制得的硫化镉透明溶胶逐滴滴入20?25mL备用的二氧化钛溶胶中，放入漩涡振荡仪以30?40W功率振荡混合20?30min，用孔径为0.4μπι的核孔膜抽滤去除悬浮杂质后移入85?90°C水浴锅中加热蒸发去除多余溶剂，再移入烘箱于105?110°C下干燥2?3h;
(7)将干燥后得到的粉末放入研钵中研磨后过300目标准筛，即得掺杂硫化镉后的纳米二氧化钛，再按质量比为5:1:1将氧化铅粉末、生物质炭和掺杂硫化镉后的纳米二氧化钛进行混合，加入三者总体积1/5的导电胶，搅拌均匀后装入直径为8?1mm的不锈钢模具中，经5?1MPa的压力压制成型，再放入马弗炉，于600?800°C下煅烧3?4h后拆模，即得处理氨氮废水的电催化阳极材料。
[0009]本发明的应用方法是:将本发明制得的电催化阳极材料插入待处理的氨氮废水中，以铜棒为阴极，在常温下，设置电压为200?220mV、电流密度为25?28mA/cm2，处理3?5h后，经检测，氨氮废水中氨氮含量从原有的3000?4000mg/L降低到了 1.0?1.2mg/L，去除率达到99%以上，达到世界健康组织规定饮用水中的氨氮含量标准，可大规模推广应用。
[0010]本发明的有益效果是: (1)本发明方法独特，以丝瓜瓤、柚子皮瓤和麦麸为原料，原料易得，降低了成本，且实现了废物利用；
(2)本发明将原料进行碳化，不仅增加了电极的导电性，而且加强了电极材料对污染物的吸附性；
(3)本发明利用高压压制法解决了电沉积层易脱落、电极寿命短的问题，使得制得的氨氮废水电催化阳极材料使用寿命长，电沉积层不易脱落；
(4)本发明脱除氨氮效果极佳，最终使得氨氮废水中氨氮含量从原有的3000?4000mg/L降低到了 1.0?1.2mg/L，去除率达到99%以上，达到世界健康组织规定饮用水中的氨氮含量标准，对人体无任何危害。
【具体实施方式】
[0011]首先称取40?50g丝瓜瓤、50?60g柚子皮瓤和10?30g麦麸一起放入气流粉碎机中粉碎后过100目标准筛，将过筛后的混合物料移入炭化炉中，以氮气作为保护气，设置炭化温度为500?600°C，保温炭化I?2h后，得到自制大孔隙率生物质炭，备用；随后称取50?10g醋酸铅倒入200?300mL去离子水中，用玻璃棒搅拌均匀直至醋酸铅完全溶解，再用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8?10，继续加入50?10mL质量浓度为10%次氯酸钠溶液和80?10mL质量浓度为30%双氧水，移入90?100°C水浴锅中，保温搅拌反应4?6h;反应结束后，将反应液移入4?6 °C的冰水浴中，静置沉淀过夜，再将沉淀过夜后的混合液装入布氏漏斗，用去离子水抽滤洗涤3?5遍后得到棕色沉淀物，将其放入烘箱，在105?110°C下干燥2?3h后即得氧化铅粉末，备用；接下来量取80?10mL钛酸丁酯溶于100?150mL乙二醇甲醚中，并加入2?3g乙酰丙酮，放置在磁力搅拌机上，以200?300r/min转速搅拌15?25min，边搅拌边加入适量蒸馏水直至得到透明二氧化钛溶胶，备用；之后在盛有30?50mL蒸馏水的锥形瓶中，依次加入5?7mL浓度为0.2mol/L氯化镉溶液和6?8mL浓度为0.lmol/L硫化钠溶液，搅拌均匀后再加入0.5?0.8g六偏磷酸钠，移入超声分散仪，以100?200W功率超声分散直至硫化镉溶胶透明；随后通过移液管将10?15mL上述制得的硫化镉透明溶胶逐滴滴入20?25mL备用的二氧化钛溶胶中，放入漩涡振荡仪以30?40W功率振荡混合20?30min，用孔径为0.4μπι的核孔膜抽滤去除悬浮杂质后移入85?90°C水浴锅中加热蒸发去除多余溶剂，再移入烘箱于105?110°C下干燥2?3h;最后将干燥后得到的粉末放入研钵中研磨后过300目标准筛，即得掺杂硫化镉后的纳米二氧化钛，再按质量比为5:1:1将氧化铅粉末、生物质炭和掺杂硫化镉后的纳米二氧化钛进行混合，加入三者总体积1/5的导电胶，搅拌均匀后装入直径为8?1mm的不锈钢模具中，经5?1MPa的压力压制成型，再放入马弗炉，于600?800°C下煅烧3?4h后拆模，即得处理氨氮废水的电催化阳极材料。
[0012]实例I
首先称取40g丝瓜瓤、50g柚子皮瓤和1g麦麸一起放入气流粉碎机中粉碎后过100目标准筛，将过筛后的混合物料移入炭化炉中，以氮气作为保护气，设置炭化温度为500°C，保温炭化Ih后，得到自制大孔隙率生物质炭，备用；随后称取50g醋酸铅倒入200mL去离子水中，用玻璃棒搅拌均匀直至醋酸铅完全溶解，再用浓度为0.5mol/L氢氧化钠溶液调节pH至8，继续加入50mL质量浓度为10%次氯酸钠溶液和80mL质量浓度为30%双氧水，移入90°C水浴锅中，保温搅拌反应4h;反应结束后，将反应液移入4°C的冰水浴中，静置沉淀过夜，再将沉淀过夜后的混合液装入