[发明专利]一种高炉冶金渣基粒子电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种用于处理城市污水中难降解有机物的高炉冶金渣基粒子电极及其制备方法。

背景技术

高炉冶金渣是钢铁企业在用铁矿石冶炼生铁时排出的废渣，其成分主要由CaO，SiO₂，Al₂O₃，MgO等组成，若不及时处理，大量的冶金矿渣会占用大量土地，造成环境污染，影响企业的正常发展，不符合节约型社会的理念。高炉冶金渣的成分与硅酸盐水泥熟料的相似，潜在活性较高，故一般都是经过适当处理后用作建筑材料，比如用于制造水泥，作为混凝土的掺混料，制作微晶玻璃，也有一些用于制造农用肥等。在水处理领域，由于高炉冶金渣在被排出炉体后往往经过水淬急冷处理，所以形成了无定形的疏松多孔结构，常用于制作水处理吸附剂以去除污水中的重金属离子及磷等。  

三维电极是一种新型的高级氧化方法，粒子电极的性能显著影响三维电极反应器的处理效果，常用的几种粒子电极包括活性炭、金属氧化物以及负载的金属或金属氧化物，然而这些粒子电极存在如下问题：活性炭颗粒的阻抗相对较小，装填于三维电极反应器中运行时容易形成短路电流，从而降低电流效率，并且活性炭粒子在电解过程中还会出现粉化现象；金属氧化物粒子电极在电解过程中会有一些有毒的离子溶出，会成为二次污染物，例如PbO₂粒子电极；负载的金属或金属氧化物克服了活性炭粒子电极的缺点，提高了废水处理效果，但也存在负载金属易于脱落等问题。目前，对于三维电极体系，为了提高电流效率，在深入了解三维电极催化反应机理的基础上，设计及制备在常温常压条件下具有良好的导电性、吸附性和催化性能粒子电极是今亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是克服上诉粒子电极填料存在的问题，提供一种高炉冶金渣基粒子电极的制备方法。本发明所提供的粒子电极材料作为三维电极反应器的工作电极，可有效降解废水中的有机物，且电流效率高，能耗低。

一种高炉冶金渣基粒子电极，按照重量百分比计，干燥细高炉冶金渣颗粒占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。

所述成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇( PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒中的一种。

所述活化剂可以是Fe₃O₄、Fe₂O_3、MnO₂、ZnO中的一种。

所述高炉冶金渣是钢铁企业在用铁矿石冶炼生铁时排出的废渣，其成分主要由CaO，SiO₂，Al₂O₃，MgO等组成，是一种工业废弃物。

上述高炉冶金渣基粒子电极的制备方法，包括如下步骤：

A、高炉冶金渣于球磨机中球磨，取出后洗涤、浸泡(洗涤、浸泡的目的在于解吸杂质)，于烘箱内120℃下烘干，然后过60目筛，取干燥细高炉冶金渣备用；

B、页岩放于烘箱内120℃烘干，将烘干的页岩在研钵中粉碎，然后过60目筛，取干燥细页岩备用；

C、将步骤A中的干燥细高炉冶金渣、步骤B中的干燥细页岩、成孔剂和活化剂按照一定的重量百分比，混合并搅拌均匀，挤压成生料球；

D、将步骤C中的生料球在烘箱中120℃下烘24小时；

E、将步骤D中烘干后的生料球，置于高温炉中从室温以120℃/h升至300℃，加热2h,然后以60℃/h 升至550℃，活化10-30min, 再以300℃/h 升至1050℃焙烧10-30min，自然冷却至室温，得到高炉冶金渣基粒子电极材料。

按照重量百分比计，干燥细高炉冶金渣占50-60%、干燥细页岩占10-20%、成孔剂占10-20%、活化剂占10-20%。

所述成孔剂可以是炭粉、锯末屑、淀粉、聚乙烯醇( PVA)颗粒中的一种。

所述活化剂可以是Fe₃O₄、Fe₂O_3、MnO₂、ZnO中的一种。