一种新型多元微电解填料及其耦合芬顿技术处理难降解污水的方法

本发明属于水污染控制，具体涉及一种新型多元微电解填料及其耦合芬顿技术处理难降解污水的方法。

背景技术：

1、铁碳微电解依靠铁与碳在电解质溶液中存在电位差的原理，在溶液中组合成原电池对废水进行处理，又称内电解法、铁屑过滤法等。在溶液中，铁碳间存在1.2v的电位差，组合成原电池后，铁作为阳极，碳作为阴极，在阳极发生氧化反应产生fe2+进入废水，进一步被氧化成fe3+，铁离子与水中oh-反应生成沉淀，这些沉淀对污染物具有絮凝作用。在阴极反应过程中生成大量新生态的[h]和[o]，在低ph值条件下，这些活性成分能够氧化还原废水中的污染物，使大分子污染物发生断链分解为小分子物质，在此过程中废水可生化性大幅上升。h+在阴极反应过程中消耗，这导致溶液中产生大量的oh-，提高了废水的ph值。

2、微电解技术最早起源于上世纪六十年代的苏联，我国在八十年代引进，经过数十年的发展，现已从最初的二元铁碳微电解技术，发展为多元微电解技术，多元微电解技术就是在铁碳微电解体系中投加过渡金属，提高电位差，增加原电池数目，从而增强对污染物去除效果。

3、多元微电解是在铁碳微电解的基础上添加了过渡金属，增加微电解体系电位差，铜与铁，碳之间均可以形成原电池，增加原电池数目，提高反应速率。但多元微电解技术自身对污染物去除效率有限，仍需要与其他工艺联用。

4、芬顿技术已被证明对难降解污水具有一定处理效果，其原理是双氧水与fe2+反应，生成强氧化性的羟基自由基(·oh)。在芬顿反应过程中，依靠fe2+和fe3+之间的循环转换，源源不断产生具有强氧化性的羟基自由基(·oh)，但其存在双氧水利用率低、易产生铁泥污染、成本高等缺点。类芬顿是在传统芬顿的基础上添加过渡金属，过渡金属也具有催化双氧水产生·oh的能力，同时可以减小铁离子电位差，促进芬顿反应的进行。

技术实现思路

1、本发明是通过在传统二元微电解填料基础上添加铜元素，提高微电解体系电位差，并在将多元微电解体系耦合芬顿技术，并将该方法用于处理难降解废水。fe2+和cu2+可为后续芬顿氧化反应提供原料，过渡金属阳离子可促进fe3+还原为fe2+的过程，还可以直接与h2o2反应生成·oh，并与oh-生成沉淀，通过絮凝作用去除污染物。芬顿反应与多元微电解反应均需要在ph值较低条件下进行，多元微电解耦合芬顿技术或将为处理pva废水提供一种新的出路。该技术既克服了传统芬顿技术产生大量铁泥、试剂投加量大等弊端，又具有微电解设备简单的特点。该方法具体为：

2、1.一种新型多元微电解填料及其耦合芬顿技术处理难降解污水的方法，具体为在传统二元微电解填料的基础上添加了铜元素，增加微电解体系电位差，铜、铁、碳三者之间均可以形成原电池，增加原电池数目，提高反应速率。微电解在难降解废水中产生fe2+、cu2+，并添加一定量的双氧水发生芬顿和类芬顿反应，产生高氧化性的·oh分解难降解污染物。

3、2.一种新型多元微电解填料，其外观为黑色球体，表面孔隙发达，具有一定的机械强度，其具体制备方法为：将一定比例的碳粉、铁粉、铜粉、膨润土、造孔剂混合搅拌，压制成球状，烘干煅烧得到新型铁碳微电解填料。

4、3.混合搅拌的方法，将碳粉、铁粉按(2-4)：(1-2)的比例和一定量的铜粉、膨润土、硫酸铵倒入一定量的去离子水中，置于六联搅拌机下以转速150-250r/min搅拌2-3小时。抽滤后，压制成粒径为1-2cm的球状，得到填料前驱体。

5、4.一种新型多元微电解填料的制备方法，将得到的填料前驱体烘干水分，置于管式炉中在氮气保护下以800-1000℃的温度煅烧2-4h，得到新型多元微电解填料。

6、5.造孔剂，一般选择成本低、受热易分解为气体的物质作为造孔剂，如:碳酸氢钠、硫酸铵等。

7、6.一种新型多元微电解填料及其耦合芬顿技术处理难降解污水的方法，其处理难降解污水的具体步骤为：

8、(1)将一定量的新型多元微电解填料投加到难降解污水中，机械搅拌1-2h，进行多元微电解反应；

9、(2)在步骤(1)搅拌开始20-80min后，向系统中加入一定量的双氧水，并与步骤(1)中多元微电解反应生成的fe2+、cu2+发生芬顿和类芬顿反应。

10、7.新型多元微电解填料的投加量，填料的投加量为10-24g/l，双氧水投加浓度为cod的1-3倍。

11、8.一种新型多元微电解填料，其特征在于，采用1-5任意一项所述的制备方法制成。

技术特征：

1.一种新型多元微电解填料及其耦合芬顿技术处理难降解污水的方法，具体为在传统二元微电解填料的基础上添加了铜元素，增加微电解体系电位差，铜、铁、碳三者之间均可以形成原电池，增加原电池数目，提高反应速率。微电解在难降解废水中产生fe2+、cu2+，并添加一定量的双氧水发生芬顿和类芬顿反应，产生高氧化性的·oh分解难降解污染物。

2.根据权利要求1所述的一种新型多元微电解填料，其外观为黑色球体，表面孔隙发达，具有一定的机械强度，其具体制备方法为：将一定比例的碳粉、铁粉、铜粉、膨润土和造孔剂混合搅拌，压制成球状，烘干煅烧得到新型铁碳微电解填料。

3.根据权利要求2所述的混合搅拌的方法，将碳粉、铁粉按(2-4)：1的比例和一定量的铜粉、膨润土、造孔剂倒入一定量的去离子水中，置于六联搅拌机下以转速150-250r/min搅拌2-3小时。抽滤后，压制成粒径为1-2cm的球状，得到填料前驱体。

4.根据权利要求2所述的一种新型多元微电解填料的制备方法，将得到的填料前驱体烘干水分，置于管式炉中在氮气保护下以800-1000℃的温度煅烧2-4h，得到新型多元微电解填料。

5.根据权利要求2所述的造孔剂，一般选择成本低、受热易分解为气体的物质作为造孔剂，如:碳酸氢钠、硫酸铵等。

6.一种新型多元微电解填料及其耦合芬顿技术处理难降解污水的方法，其处理难降解污水的具体步骤为：

7.根据权利要求6中新型多元微电解填料和双氧水的投加量，填料的投加量为10-24g/l，双氧水投加浓度为cod的1-3倍。

8.一种新型多元微电解填料，其特征在于，采用如权利要求1-5任意一项所述的制备方法制成。

技术总结
本发明属于水污染控制技术领域，具体涉及一种新型多元微电解填料及其耦合芬顿技术处理难降解污水的方法。新型多元微电解填料由铁粉、碳粉、铜粉、膨润土、造孔剂混合搅拌，压制成球型，经过烘干煅烧后制得。该新型多元微电解填料结构稳定，表面孔隙发达，能提供更多的活性位点。新型多元微电解填料在传统二元微电解填料的基础上添加了铜元素，增加微电解体系电位差，铜、铁、碳三者之间均可以形成原电池，增加原电池数目，提高反应速率。微电解在难降解污水中产生Fe<supgt;2+</supgt;、Cu<supgt;2+</supgt;，后续添加一定量的双氧水，发生芬顿和类芬顿反应，产生强氧化性的·OH分解难降解污染物。

技术研发人员：王艳秋,李沛沛,陈磊,魏俊光,王轶先,尹梓珊
受保护的技术使用者：辽宁科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15