[发明专利]一种竹炭基微电解多孔陶粒填料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理、环境友好材料领域，具体涉及一种竹炭基微电解多孔陶粒填料及其制备方法。

背景技术

多孔陶瓷是以气孔为主相的一类陶瓷材料，随着控制材料的细孔结构水平的不断提高，多孔陶瓷和玻璃纤维、金属等相比有优异的特性：气孔分布均匀、机械强度高和易于再生等。多孔陶瓷材料的性能是由微孔的表面化学特性、物理化学特性和微孔的尺寸特性决定的。在非晶态的氧化物中，对表面特性有非常大的影响的是表面的一些活性基团的存在与否及其多寡，酵素载体就是利用表面的硅氧醇基使酵素与多孔玻璃共价结合。微孔表面的物质化学组成、晶态结构、非晶态有无活性基团决定了多孔材料的吸附、吸收性能。

陶瓷材料具有各种优良的性能，特别是多孔陶瓷的多孔特性，使得其在水污染、大气污染的治理及固体废弃物的利用方面有着广泛的应用。汽车尾气净化器采用薄壁堇青石质蜂窝陶瓷载体，载体表面涂覆贵金属、稀土元素、过渡金属等复合制成的催化剂，将汽车尾气中的CO、HC、NO_x等有害成分，通过催化分解变成无害的CO₂、H₂O和N₂等气体，达到国家规定的排放标准。结合陶瓷特性，产品具有尺寸规整、比表面积大、导热快、抗压强度高、热膨胀系数低、热稳定性好等性能。另外多孔陶粒作为水处理填料得到了广泛的应用，其用途主要有3种：（1）应用于曝气生物滤池(BIOFOR)中生物陶粒载体；（2）应用于含油废水处理的过滤材料；（3）代替传统水处理中深度处理用滤料。制备陶粒的原料多为粉煤灰、赤泥、污泥等污染废弃物，价格便宜且环保，可行性强。

美国专利NO.5192607和NO.5643987介绍了在陶瓷坯料内引入聚合分散物，加热时可聚合并构成连续空间结构的有机化合物生产多孔陶瓷的方法。其中专利NO.5192607讲述的方法是在初始陶瓷粉体内引入加热时能聚合的非饱和碳氢化合物、乳化剂和水。非饱和碳氢化合物在不足100℃下于1～48h内发生聚合，干燥后，经1000℃煅烧消除有机物，在1400～1600℃下烧成制品。通过变化水量来调整孔隙率。增加水量可提高孔隙率；减少水量可降低孔隙率，提高强度。利用该方法可以制取孔隙分布均匀的多孔陶瓷。专利NO.5643987给出的是平均孔隙直径约为20埃的氮化硅基微孔陶瓷的生产方法：作造孔剂的是平均分子质量为200～10000g/mol的聚合物。日本专利NO.2007057288提供一种方法，用于在气体通道的形成过程中，防止裂纹形成并制造内部的电极的多孔陶瓷。

微电解是指低压直流状态下的电解，可有效去除钙、镁离子，同时电解可产生灭菌消毒的活性氢氧自由基和活性氯，使其表面也具有吸附和杀菌作用。铁炭浸没于水中形成无数微小的原电池，电极反应过程不耗电，而能产生氧化还原、电附聚等作用；电极反应得到的新生态氢具有较大的活性，能与废水中的许多组分发生氧化还原反应，破坏发色、助色基团结构，使偶氮键断裂，大分子分解为小分子，硝基化合物还原为胺基化合物，以达到脱色目的，电极反应产生的新生态Fe²⁺是一种吸附、包容和络合能力相当强的混凝剂。在电化学过程中形成的络合物Fe(OH)_n通过吸附架桥和卷扫的作用去除水中的污染物，这就是电絮凝处理技术。

电极反应：

阳极：Fe(s)-2e^-→Fe²⁺E^θ(Fe²⁺/Fe)=-0.44V

阴极：酸性条件下：2H⁺+2e^-→2[H]→H₂↑E^θ(H⁺/H₂)=0.00V

酸性充氧条件下：O₂(g)+4H⁺+4e^-→2H2OE^θ(O₂/H₂O)=1.23V

中性条件下：O₂(g)+2H₂O+4e^-→4OH^-E^θ(O₂/OH^-)=0.40V

絮凝沉淀作用：微电解过程中，阳极溶出大量的Fe²⁺，阴极H⁺也被大量消耗，溶液pH值逐渐升高。