一种金刚石复合粒子电极及制备方法、水处理模块及系统与流程

本发明属于水处理，具体地说涉及一种金刚石复合粒子电极及制备方法、水处理模块及系统。

背景技术：

1、由于导电金刚石电极材料在水中通直流电电解产生的有效组分为具有强氧化性的臭氧和羟基自由基，可将废水中的有机污染物氧化分解。另外还具有优异的化学稳定性，能在长期电解应用过程中耐受电化学腐蚀引起的电极损耗，因此常被用于化工、印染、医药、畜牧等行业产生的有毒有害有机废水，以及垃圾渗滤液、膜浓缩液等成分较为复杂的有机废水处理。

2、现有的水处理系统中常用板状bdd(掺硼金刚石)电极，存在有效比表面积较低的缺点，导致水处理时接触反应效率较低。另外，有机废水因成分复杂，所含导电离子种类和浓度不定，不同领域产生的有机废水导电性能有很大差别，但现有的水处理系统电极导电性大多不可调，无法适应更多种类的有机废水处理环境，再加上待处理废水中可能会存在悬浮物，悬浮物长时间接触或附着在电极上，容易影响电极的反应效率。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明设计了一种金刚石复合粒子电极的制备方法，包括以下步骤：

2、将金刚石粒子电极与第一粉体、第二粉体、填料混合，得到混合物；

3、对所述混合物进行成型处理，得到金刚石复合粒子电极；

4、其中，所述第一粉体包括石墨和/或活性炭，所述第二粉体包括石英粉和/或氧化铝粉。

5、与现有技术相比，本发明的有益效果为：石墨和活性炭可以增加粒子电极的导电性，也作为压制成型的润滑剂；石英粉和氧化铝粉可以降低粒子电极的导电性，通过对第一粉体、第二粉体和填料进行组分调节，能够调整金刚石复合粒子电极的导电性，使其适应更多的废水处理环境。

6、优选的，所述金刚石粒子电极包括bdd颗粒，

7、所述bdd颗粒的比表面积为0.00004～1.7m2/g，堆积振实密度为0.5～1.5g/cm3，所述金刚石复合粒子电极的颗粒密度为2.2～3.5g/cm3。

8、本优选方案的有益效果为：通过限定bdd颗粒的比表面积和堆积振实密度，能够保证最后制得的导电金刚石复合粒子电极具有较高的比表面积，也可保证bdd颗粒作为有效催化成分的分布均匀性，有利于提高水处理时的反应效率和运行稳定性。

9、优选的，按重量份数，所述bdd颗粒为20～50份，所述第一粉体为10～40份，所述第二粉体为10～50份，所述填料为10～21份。

10、本优选方案的有益效果为：通过限定各组分的加入比例，保证了电化学催化材料bdd颗粒的合理应用量，第一粉体和第二粉体的加入比例不仅能够调节导电金刚石复合粒子电极的电导率，还可以合理调节水处理系统的整体运行电阻率，提高水处理系统运行的稳定性。第一粉体加入比例低于本方案限值容易导致高导电材料在复合粒子中无法很好的相互连接，可能会存在局部不导电区域，从而影响运行效率；第一粉体加入比例高于本方案限值容易导致复合颗粒电导率过高，运行时可能会出现电击穿现象，影响运行稳定性。第二粉体加入比例低于本方案限值除了和第一粉体加入比例高于本方案限值影响情况类同外，复合粒子电极的抗压强度会受影响，应用时填充陶瓷膜腔体若其本身抗压强度过低，复合粒子电极容易出现破碎的情况，从而导致底部区域与中上部其他区域的电流密度不同，会影响电化学分解有机污染物时不同部位的电流密度均匀性；第二粉体加入比例高于本方案限值除了和第一粉体加入比例低于本方案限值影响情况类同外，因第二粉体一般为瘠性料，加入比例过高会影响压制成型后的复合粒子烧前强度，容易出现掉边缺陷，也不利于高效制备。

11、优选的，所述填料包括金属氧化物、高岭土、甲基纤维素中的至少一种；

12、按重量份数，所述填料中金属氧化物占5～10份，所述高岭土占5～10份，所述有机粘结剂为0.1～0.7份。

13、本优选方案的有益效果为：金属氧化物具有电化学催化作用，添加金属氧化物能够在降低原材料成本的同时不影响粒子电极的电化学催化能力；高岭土可以作为无机粘结剂提高bdd颗粒与粉体之间的结合力，另外，高岭土还可以降低bdd颗粒的导电性，有利于配合其他粉体调节bdd颗粒的导电性。有机粘结剂可以是甲基纤维素，有利于提高bdd颗粒与粉体之间的结合力，可有效提高所制备的复合粒子烧前强度。

14、优选的，所述金刚石粒子电极包括基体和金刚石膜层，

15、所述金刚石粒子电极为圆柱形或球形，所述基体和金刚石膜层的体积占金刚石复合电极的10～70％。再优选的，按重量份数，所述第一粉体为10～20份，所述第二粉体为10～50份，所述填料为5～11份。

16、本优选方案的有益效果为：通过限定各组分的加入比例，不仅能够调节金刚石复合粒子电极的电导率，还可以合理调节水处理系统的整体运行电阻率，提高水处理系统运行的稳定性。

17、优选的，所述填料包括金属氧化物、环氧树脂中的至少一种；按重量份数，所述填料中金属氧化物占5～10份，所述有机粘结剂为0.1～0.3份。

18、本优选方案的有益效果为：金属氧化物具有电化学催化作用，添加金属氧化物能够在降低原材料成本的同时不影响粒子电极的电化学催化能力；有机粘结剂可以是环氧树脂，有利于提高金刚石粒子电极与粉体之间的结合力，防止水处理时粒子电极水解崩散。

19、优选的，所述成型处理包括压制成型和烘干定型，

20、所述压制成型的成型压强为10～70mpa，

21、所述烘干定型的烘干温度为40～70℃。

22、进一步优选的，当金刚石粒子电极为bdd颗粒时，所述成型处理还包括烧结处理，所述烧结处理的烧结温度为450～950℃。

23、本发明还设计了一种金刚石复合粒子电极，所述金刚石复合粒子电极应用上述的制备方法制备得到。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果为：金刚石复合粒子电极可以为圆柱形或球形，通过与石英粉、石墨等粉体复合，可调节金刚石复合粒子电极的电导率，使金刚石复合粒子电极能够适应多种的水处理环境。

25、本发明还设计了一种水处理模块，包括水处理单元，

26、所述水处理单元包括陶瓷膜和金属阴极，

27、所述陶瓷膜内设有金刚石柱状电极以及上述的金刚石复合粒子电极。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果为：将陶瓷膜内腔作为阳极金刚石柱状电极和金刚石复合粒子电极的容器，有利于提高阳极的有效比表面积，提高与污染物接触反应的效率；金刚石复合粒子电极在使用过程中，容易因电化学腐蚀逐渐消耗粒子电极中的石墨成分，陶瓷膜有利于回收金刚石复合粒子电极中的导电金刚石催化材料，可实现重复利用，降低成本。

29、优选的，所述金属阴极为多孔金属阴极管，所述陶瓷膜设于多孔金属阴极管内，

30、所述陶瓷膜内设有金刚石复合粒子电极和金刚石柱状电极，所述金刚石复合粒子电极围绕在金刚石柱状电极外周；

31、优选的，所述多孔金属阴极管与陶瓷膜的间距不大于10mm。

32、本优选方案的有益效果为：多孔金属阴极管、陶瓷膜、金刚石阳极一体设置，可同时实现过滤悬浮物和电化学分解有机污染，水处理模块设计紧凑，体积更小。

33、优选的，所述金属阴极包括相对设置的两个多孔金属阴极板，所述陶瓷膜为设于多孔金属阴极板之间的平管式陶瓷膜，

34、在所述平管式陶瓷膜的管腔内设有金刚石复合粒子电极和金刚石柱状电极，所述金刚石复合粒子电极围绕在金刚石柱状电极外周；

35、优选的，所述多孔金属阴极板与陶瓷膜的间距不大于10mm。

36、本优选方案的有益效果为：多孔金属阴极板、陶瓷膜、金刚石阳极一体设置，可同时实现过滤悬浮物和电化学分解有机污染，其过滤、电化学一体化的水处理模块设计更加紧凑，体积更小。

37、本发明还设计了一种水处理系统，包括上述的水处理模块。

38、本优选方案的有益效果为：通过应用上述的水处理模块，不仅可以提高水处理效率，，有利于实现导电金刚石材料的回收利用；还能够减小水处理系统的体积和占地面积，标准模块化设计有利于根据不同有机废水具体特性进行串并联组合，可提高水处理系统的可扩展性和适应性。