[发明专利]含纳米处理单元的铁碳填料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含纳米处理单元的铁碳填料及其制备工艺。具体地，本发明的铁碳填料由下述质量比例原料经化学反应制备而成：以铁离子质量计15至25重量份的含铁溶液，5至15重量份的生物质材料、0.1至0.2重量份的钛基化合物、3至5重量份的化学修饰剂以及0.5至1.5重量份的辅助金属盐。本发明的铁碳填料以化工污水和可再生生物质作为原料经化学反应制备而成，实现材料的循环利用的同时，形成大量纳米铁碳处理单元，从而大大增加了单位体积内对有机污染物形成有效电化学降解反应的原电池的数量，从根本上提高铁碳填料的效率，适用于各类污水的深度处理。

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及含纳米处理单元的铁碳填料及其制备方法。

背景技术

铁碳微电解技术自20世纪60年代问世以来，便在多个国家地区引起广泛重视。现今，该技术是处理高浓度难降解有机污水的理想工艺。该技术利用金属腐蚀原理，形成原电池对污水进行处理，又称内电解法、铁屑过滤法等。它是在不通电的情况下，利用填充在污水中的微电解材料自身产生的电位差对污水进行电解处理，以达到降解有机污染物且同时提高污水的可生化性的目的。

传统微电解材料多采用铁屑和活性炭颗粒机械掺混，从而导致需要频繁更换微电解填料的问题。随着技术的发展，目前国内市面上销售和使用的铁碳微电解材料，其生产工艺通常可分为物理压制，低温烧结压制以及高温烧结。

对于通过物理压制的铁碳填料，原材料经过搅拌和压球机的物理压制后成型风干。因此，各材料之间为物理接触，导致材料间很容易形成隔离层，进行出现阴阳极分离，影响原电池反应。并且由该方法所得的铁碳填料在酸性介质中长期浸泡后易于板结成块，造成堵塞，形成沟流，导致操作困难，处理效果降低。

对于低温烧结压制，在土窑烧制过程中会因为受热不均而造成填料性质不稳定，铁碳填料表面和内部氧化，导致在实际使用中不仅处理效果差，而且板结现象严重，达不到实际工程应用的需求。

而对于后续发展的高温烧结工艺，其通常采用高温烧结使铁碳填料的内部烧结成铁碳合金的结构。其中由多元金属熔合多种催化剂通过高温熔炼形成一体化合金，保证“原电池”效应持续高效，因而被越来越多的应用到实际的污水处理中去。然而，经由高温烧结法所制得的铁碳填料仍然存在诸多问题，诸如活性差，分散效果不佳，成本高，容易造成环境污染，以及高分散活性材料的制备方法的应用范围小。

针对于铁碳填料的效率低下、易于板结等缺陷，现已提出了多种解决方法。例如，CN110921788A中提出了通过传统混合工艺来混合纳米级别的铁粉和碳粉，其无法从根本上解决物理压制方法所具有的不足。CN206828161U、CN203529985U、CN106809922A、CN105236521A、CN203170695U中提出了在现有填料的基础上，通过调节填料形状、粒度或改进比表面积及孔道结构等方式来提高填料的处理效率和避免板结；CN102276021A、CN102951708A、CN101704565A等则是通过新的添加剂，例如引入金属添加剂(催化剂)来形成多元微电解填料，来增加电极电位差，提高电化学反应效率，提高污水处理效率。然而，此类固体颗粒型铁碳原料构成的原电池严格意义上讲当归属于宏电池或相对微电池。由于对有机污染物形成有效电化学降解反应的微原电池的数量显著受限于材料微粒的粒径和数量，因此单位体积内的微原电池数量在上述解决方案是受限的，导致污水处理过程电流密度低。因此，上述手段对污水处理效率的提高作用有限。

因此，开发新的高活性的铁碳填料材料及其制备工艺具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种含纳米处理单元的铁碳填料及其制备方法，其在处理污水的过程中，能够形成大量纳米铁碳处理单元，从而大大增加了单位体积内对有机污染物形成有效电化学降解反应的原电池的数量，从根本上提高了铁碳填料的效率。