一种用于制备生物填料的组合物、生物填料的制备方法及其应用与流程

本申请涉及生物填料制造，具体而言，涉及一种用于制备生物填料的组合物、生物填料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、现有技术中，生物填料广泛应用于水处理领域，但是，现有的生物填料存在水处理效率欠佳的问题，进而导致生物填料的推广和应用受到限制。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种用于制备生物填料的组合物、生物填料的制备方法及其应用，对应填料具有水处理效率较高的优势。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、第一方面，本申请实施例提供一种用于制备生物填料的组合物，按照重量百分比计，包括0.5～1％的石墨、95～97％的无机陶瓷、2～3％的酚醛树脂以及0.5～1％的生石灰。

4、上述技术方案中，组合物中含有生石灰，其能够提供弱碱性环境，在该特定环境下，酚醛树脂(粘结剂)的流动性较好，能够与其余组分达到较好的混匀粘接效果，以使石墨(石墨对水体中的有机物具有较强的吸附作用，能够提高局部环境中的有机物浓度，从而有利于微生物利用)与无机陶瓷较为稳定地结合在一起，从而使得填料在水体中能够较为稳定的存在，以便持久、高效地实现水体处理，从而提高对应填料的水处理效率；同时，生石灰还具有造孔剂的作用，在后续烧结过程中能够协助无机陶瓷形成多孔结构的填料，以增加填料与水体的接触面积，从而也有助于提高其水处理效率。

5、在一些可选的实施方案中，石墨从废旧电池的负极中回收得到。

6、上述技术方案中，采用从废旧电池负极中回收到的石墨，能够为废旧电池的资源化利用提供一种较为合理的新途径，不仅能够有效降低环保压力，同时，还能降低生物填料的制备成本。

7、在一些可选的实施方案中，石墨的回收工艺包括以下步骤：

8、提供从废电池负极中得到的石墨前驱体；对石墨前驱体依次进行破碎、酸液浸泡、固液分离以及清洗，得到石墨；其中，酸液浸泡的过程在加热条件下进行，酸液中包括无机酸和氯离子盐。

9、可选地，氯离子盐为氯化钾和/或氯化钠。

10、可选地，酸液中，氯离子盐的质量占酸液的质量的10～15％。

11、上述技术方案中，石墨回收工艺中的酸浸过程在加热条件下进行且额外加入氯离子盐，借助氯离子的腐蚀性以及加热条件，能够更为彻底且有效地将重金属离子(重金属离子的存在容易造成二次污染)从石墨前驱体中分离出来，以便得到纯度更高的石墨，进而有助于降低填料在后续应用过程中造成二次污染的风险。

12、进一步地，采用特定种类的氯离子盐，其不容易与酸根离子反应生成沉淀，从而不容易引入新的杂质，且后处理工艺也较为简单。

13、进一步地，将酸液中的氯离子盐限定在特定范围内，以使得酸液中具有适宜质量占比的氯离子盐，从而能够更为有效地去除石墨前驱体中的重金属离子。

14、在一些可选的实施方案中，无机陶瓷包括氢氧化铝。

15、上述技术方案中，将氢氧化铝作为无机陶瓷，是由于制备得到的多孔填料具有结构较为稳定、不易破损以及耐水流冲击且易于与污泥分离等优势。

16、第二方面，本申请实施例提供一种生物填料的制备方法，包括以下步骤：

17、将如第一方面实施例提供的组合物在加热条件下进行搅拌混合，得到混合物；以及对混合物依次进行造粒以及烧结，得到生物填料。

18、按照上述工艺进行制备，能够快捷、高效地制备得到一种具有水处理效率较高的生物填料。

19、在一些可选的实施方案中，在加热条件下进行搅拌混合的过程中，处理温度为60～75℃，处理时间为20～30min。

20、上述技术方案中，将搅拌混合过程中的处理温度限定在特定范围内，有助于酚醛树脂均匀分散，以便石墨与无机陶瓷能够更为稳定地结合在一起，从而进一步提高对应填料在水体中的稳定性。

21、在一些可选的实施方案中，造粒的过程中，颗粒的形状为球形，且颗粒的粒径d50为5～10mm。

22、上述技术方案中，将球形颗粒的粒径限定在特定范围内，具有粒径大小适宜以及便于从污泥中分离出来的优势。

23、在一些可选的实施方案中，烧结的过程包括以下步骤：在无氧且惰气保护条件下，先进行第一阶段烧结，然后，再升高处理温度进行第二阶段烧结。

24、上述技术方案中，采用分段烧结的方式，相较于采用一段式烧结，能够使得酚醛树脂发挥更好的粘接效果，从而制备得到功能和整体结构更为稳定的填料，进而使其具有更高的水处理效率。

25、在一些可选的实施方案中，第一阶段烧结的过程中，处理温度为180～220℃，处理时间为0.5～1.5h；和/或，第二阶段烧结的过程中，处理温度为1000～1200℃，处理时间为1～3h。

26、上述技术方案中，分别将第一阶段和第二阶段的处理温度以及处理时间限定在特定范围内，以使得两个阶段均具有较为适宜的反应条件，从而能够制备得到整体结构更为稳定的填料。

27、第三方面，本申请实施例提供一种如第二方面实施例提供的制备方法制得的生物填料在水处理中的应用。

28、上述技术方案中，将第二方面实施例提供的制备方法制得的生物填料应用在水处理中，具有水处理效率较高的优势。

技术特征：

1.一种用于制备生物填料的组合物，其特征在于，按照重量百分比计，包括0.5～1％的石墨、95～97％的无机陶瓷、2～3％的酚醛树脂以及0.5～1％的生石灰。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述石墨从废旧电池的负极中回收得到。

3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述石墨的回收工艺包括以下步骤：

4.根据权利要求1～3中任一项所述的组合物，其特征在于，所述无机陶瓷包括氢氧化铝。

5.一种生物填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述在加热条件下进行搅拌混合的过程中，处理温度为60～75℃，处理时间为20～30min。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述造粒的过程中，颗粒的形状为球形，且颗粒的粒径d50为5～10mm。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的过程包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一阶段烧结的过程中，处理温度为180～220℃，处理时间为0.5～1.5h；

10.一种如权利要求5～9中任一项所述的制备方法制得的生物填料在水处理中的应用。

技术总结
本申请提供一种用于制备生物填料的组合物、生物填料的制备方法及其应用，属于生物填料制造技术领域。一种用于制备生物填料的组合物，按照重量百分比计，包括0.5～1％的石墨、95～97％的无机陶瓷、2～3％的酚醛树脂以及0.5～1％的生石灰。该组合物对应的生物填料具有水处理效率较高的优势。

技术研发人员：姚利,赵中营,耿宏亮,张昭
受保护的技术使用者：安徽洁途新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25