一种三维电极填料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电极填料，特别涉及一种三维电极填料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]苯酚是一种重要的化工原料，在化学工业中具有广泛的用途，但是由于其具有致癌性和突变性，被美国EPA和我国列为优先污染物。因此，任何含苯酚废水的排放都应该受到严格控制。含苯酚废水和被其污染地下水的去除方法包括活性炭吸附、聚合树脂吸附，蒸汽、空气剥离，生物降解及热破坏等。这些方法虽然去除效率较高，但存在能源消耗大、成本高及回收效率低等问题。近些年来，三维电解技术由于处理效果好、工艺简单、适用性广泛等特点而日益成为重要的工业废水污染控制技术。
[0003]三维电解技术是电化学污水处理技术中的一种，在三维电解技术中，三维电极填料是该技术的核心部分，填料材料的选择和制备，对污染物的去除效果和运行稳定性具有关键性的影响。目前三维电极填料以铁碳填料居多，但大量研究结果表明，该填料在应用中存在诸多缺陷，这种电解材料在运行一段时间后，材料表面会形成钝化膜，同时材料易结块，从而阻碍材料与废水的有效接触，导致电解材料利用率低，使废水的处理效果迅速下降，增加了废水处理的成本。大大限制了三维电解技术的应用。因此，开发高效能、稳定、可重复回收利用的新型三维电解材料对于推广三维电解技术具有重要意义。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术中所存在的缺陷，本发明提供一种三维电极填料来作为一种新型的三维电极填料。它具有稳定性高、耐腐蚀、强度大、活性高、对水无二次染污、使用寿命长的特点，为解决三维电解反应中填料易板结、使用寿命短、易腐蚀等问题提供了很好的方案。通过对工业废铁肩的镀铜镀锌处理，以其与活性炭和黏土为原料，经过焙烧制备了一种新型的三维电解填料，在以含酚类模拟废水为试验对象的环境下，不仅有效的降低了污水中的COD(化学需氧量)，提高了废水的可生化性，而且多次重复利用时依然有很好的降解效果。
[0005]本发明的一种三维电极填料及其制备方法通过以下技术方案实现:
[0006]—种三维电极填料，所述三维电极填料的组分及各组分质量百分比如下:改良铁肩10% -25%、活性炭35% -50%以及混合黏土 30% -45% ;以及
[0007]所述混合黏土由质量百分比为85% -95%的高岭土和5% -15%的膨润土组成。
[0008]进一步地，所述三维电极填料由质量百分比如下的组分组成:改良铁肩25%、活性炭37.5%以及混合黏土 37.5% ;以及
[0009]所述混合黏土由质量百分比为90%的高岭土和10%的膨润土组成。
[0010]进一步地，所述三维电极填料由质量百分比如下的组分组成:改良铁肩15%、活性炭45 %以及混合黏土 40 % ；以及
[0011]所述混合黏土由质量百分比为89%的高岭土和11%的膨润土组成。
[0012]进一步地，所述三维电极填料由质量百分比如下的组分组成:改良铁肩22%、活性炭44%以及混合黏土 34% ;以及
[0013]所述混合黏土由质量百分比为91%的高岭土和9%的膨润土组成。
[0014]—种制备三维电极填料的方法，包括以下步骤:
[0015]步骤一:制备改良铁肩，其具体步骤包含:
[0016]除油，将0.5-2mm的铁肩放入5% -15%的氢氧化钠溶液中，在50°C _80°C下加热并超声处理40min-100min后过滤；
[0017]除锈，将经除油处理并过滤所得铁肩置于5% -20%的稀硫酸中浸泡10-30min后过滤；
[0018]镀铜，将经除锈处理并过滤所得铁肩置于3 % -7 %的硫酸铜溶液中，在40-60V下加热反应60min，过滤，干燥，于500°C下隔绝氧气下焙烧4小时；以及
[0019]镀镍，将经镀铜处理所得铁肩浸泡于镀镍液中，在超声条件下加热40?600C 40min，过滤，用蒸馏水洗涤3次，干燥，于600°C _800°C下隔绝空气焙烧4小时，得到改良铁肩；
[0020]步骤二:将所述改良铁肩、活性炭以及混合黏土 10% -25%,35% -50%以及30% -45%的质量百分比均匀混合，在该混合物中添加水，将其摇制成直径3-5mm的颗粒状；
[0021]步骤三:将所述颗粒状铁碳填料60°C真空烘干，放入马弗炉中，在隔绝氧的条件下加热焙烧2-4小时，制得比表面积为0.4-1.0m2/g的三维电极填料。
[0022]进一步地，所述镀镍液的制备包括以下步骤:
[0023]步骤一:配制500ml的3% _6%的硫酸镍溶液，依次加入柠檬酸钠25?40g、三乙醇胺15?20g ；
[0024]步骤二:在搅拌条件下加入30?50g次磷酸钠固体，搅拌溶解；
[0025]步骤三:在搅拌下用10%氢氧化钠溶液调节至pH为8 ;以及
[0026]步骤四:过滤，得到所述镀镍液。
[0027]由于采用以上技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0028]1.改良铁肩表面采用镀铜工艺，大大改善了铁肩的延展性；
[0029]2.改良铁肩表面采用镀镍工艺，在表面形成了稳定、耐腐蚀的镍涂层，大大延长了其使用寿命；
[0030]3.混合黏土主要由高岭土和膨润土按一定比例混合而成，在黏合之后膨润土会有一定的膨胀，煅烧之后形成大小不一的空隙，在一定程度上增加了填料的比表面积；
[0031]4.采用本发明的方法制备的三维电极填料处理含苯酚废水200min后，降解率高于80%，远高于传统铁碳填料的50% ;
[0032]5.本发明的三维电极填料可以反复利用，回收再利用的三维电极填料对含苯酚废水的降解率高于70%，经多次反复使用后依然可实现高于60%的降解率，有效地提高了铁碳填料的利用率。
【附图说明】
[0033]图1为依据本发明的三维电极填料与传统铁碳填料对含苯酚废水的降解率随时间变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0034]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035]实施例1
[0036]将直径为0.5-2mm的铁肩200g放入15%的氢氧化钠溶液中，在60°C下加热并超声处理40min后过滤，以便除油。所得固体用10%的稀硫酸浸泡30min后过滤，以便除锈。上述除油和除锈处理统称为对铁肩进行活化处理。将活化后的铁肩置于5%的硫酸铜溶液中，在60°C下加热反应60min，过滤，干燥，随后在500°C隔绝氧气下焙烧4小时。将冷却过的铁肩浸泡于配置好的100mL镀镍液中，在超声条件下加热50°C )镀镍40min，过滤，用蒸馏水洗涤3次，干燥，于800°C下隔绝空气焙烧4小时，得到改良铁肩。其中配置镀镍液的步骤包括:配制500ml的3%的硫酸镍溶液，依次加入柠檬酸钠20g、三乙醇胺llg，在搅拌条件下加入次磷酸钠固体26g，搅拌溶解，然后在搅拌下用10%氢氧化钠调节至pH为8，过滤，得到镀镍液。
[0037]将经过活化处理以及镀铜镀镍处理得到的改良铁肩、活性炭粉、混合黏土按2:3:3的比例——即质量百分比改良铁肩25%、活性炭37.5%以及混合黏土 37.5%——均匀混合，其中，混合黏土由90%的高岭土和10%的膨润土组成。在上述混合物中加入少量的水，摇制成直径3-5mm的颗粒状，60°C真空烘干，放入马弗炉中，隔绝氧的条件下加热焙烧4小时，冷却得到三维电极填料。
[0038]为了检验三维电极填料处理含苯酚废水的能力，以石墨板(表面积50cm2)为阴极板，DSA电极(表面积50cm2)为阳极材料，1000mg/L的硫酸钠为电解质，电极间距为7cm，电解时间为60?120min分钟，电流密度:60mA cm 2，在40°C的温度下，使用本实施例所得三维电极填料降解浓度为2500mg/L的苯酚化合物水溶液，在pH = 8的条件下，电解时间为lOOmin，苯酚降解率为84%。将反应液过滤，洗涤回收三维电极填料，再次以上述电解条件电解反应lOOmin，苯酚降解率为80%。第三次重复此步骤时，苯酚的降解率为79%。
[0039]实施例2
[0040]将直径为0.5-2mm的铁肩200g放入10%的氢氧化钠溶液中，在60°C下加热并超声处理40min后过滤，以便除油。所得