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靛藍廢水處理用陽極板制備方法

發布時間:2019-6-18 9:13:18  中國污水處理工程網

  申請日2019.02.24

  公開(公告)日2019.06.14

  IPC分類號C02F1/461

  摘要

  本發明涉及電化學處理技術領域,尤其是一種靛藍廢水處理用陽極板制備方法,經過對陽極板制備過程中的物料成分按照一定的順序加入,使得比重較大的鉛成分首先被熔融成液態之后,再依次將鋁、鈣和鍶加入熔融,并經過攪拌,實現混合均勻,降低了陽極板原料混合難度,降低了陽極板制備成本,而且保證了陽極板綜合性能優異,提高了品質。

 
  權利要求書

  1.一種靛藍廢水處理用陽極板制備方法,其特征在于,包括以下步驟:

  (1)將鉛加入到石墨坩堝中,升溫熔化形成熔融液;

  (2)控制熔融液處于750-850℃下,向其中按1.2-2.7%重量含量加入鋁,恒溫一次熔煉,待鋁完全熔融成液態之后,得到金屬液體;

  (3)控制溫度為750-850℃下,向其中按0.1-0.28%重量含量加入鈣和按17-19%重量含量加入鍶,恒溫攪拌二次熔煉,澆注成錠,煅軋,沖孔,即得靛藍廢水處理用陽極板。

  2.如權利要求1所述的靛藍廢水處理用陽極板制備方法,其特征在于,所述的步驟(3),在鈣、鍶加入過程中,采用壓入法加入。

  3.如權利要求1所述的靛藍廢水處理用陽極板制備方法,其特征在于,所述的步驟(2),在鋁的加入過程中,采用壓入法加入或者加入過程中向其中加入占金屬液體質量1.2-2%的碳粉。

  4.如權利要求3所述的靛藍廢水處理用陽極板制備方法,其特征在于,所述的碳粉,加入量占金屬液體質量的1.8%。

  5.如權利要求1所述的靛藍廢水處理用陽極板制備方法,其特征在于,所述的二次熔煉時間為10-15min。

  6.如權利要求1所述的靛藍廢水處理用陽極板制備方法,其特征在于,所述的鋁,是按照1.8%重量含量加入;鈣,是按照0.17%重量含量加入;鍶,是按照17%重量含量加入,余量為鉛。

  7.如權利要求6所述的靛藍廢水處理用陽極板制備方法,其特征在于,所述的陽極板,硬度為22.35Hv,抗拉強度為7.41kg/mm2,電阻率為0.153Ω·mm。

  8.如權利要求1所述的靛藍廢水處理用陽極板制備方法,其特征在于,所述的鋁,是按照2.5%重量含量加入;鈣,是按照0.23%重量含量加入;鍶,是按照18%重量含量加入,余量為鉛。

  9.如權利要求8所述的靛藍廢水處理用陽極板制備方法,其特征在于,所述的陽極板,硬度為22.34Hv,抗拉強度為7.43kg/mm2,電阻率為0.157Ω·mm。

  10.如權利要求1-9任一項所述的方法制備的靛藍廢水處理用陽極板用于處理靛藍污染廢水時,采用Fe/Al按照質量比為1:0.2-0.8雙金屬加入協助電解處理。

  說明書

  一種靛藍廢水處理用陽極板制備方法

  技術領域

  本發明涉及電化學處理技術領域,尤其是一種靛藍廢水處理用陽極板制備方法。

  背景技術

  隨著化工工業、冶金工業等工業產業的快速發展過程中,新型助劑、制藥等等化學物質的加入,致使大量有機物成分進入到了廢水中,導致廢水成分和結構變化復雜,而這些有機物成分的混入,由于其生物毒性和難生物降解性能,使得在環境中逐漸積累,致使環境遭受嚴重的污染,極大程度的威脅著人類生存安全。

  目前,對于廢水中難降解有機物的處理方法有許多種,例如超臨界水氧化、光催化法、超聲法、芬頓試劑法、微波法、電化學方法等等,其中,以電化學方法具有操作簡單,便于自動化控制、反應條件溫和、無二次污染、后處理簡單,并且能夠與其他處理方法相結合,并對難降解有機物具有高效的降解能力,并在有機污染物降解處理過程中,無需添加其他試劑,屬于綠色化學過程,成為目前廢水處理研究熱點。在電化學處理有機污染物降解過程中,其主要受到的陽極材料的表面屬性、電化學反應器構型、有機物的物化性質、溶液狀態等因素影響,因此,對于電化學催化氧化降解有機物用陽極材料得到了快速的研究與發展,例如:專利申請號為201711140416.3的電化學處理有機廢水電解工程的電極材料中,以四元合金為正極,石墨為負極,構成首級電解系統,犧牲陽極的方式誘導鐵離子和鋁離子的化學活性,快速形成大量的微電池,同時,構成色度的不溶性微粒可被生成氫氧化鐵膠體凝聚劑吸附凝聚而被去除,其中采用的四元合金成分含鈣為0.3-0.5%重量含量,鋁為0.5-1%重量含量,錫為20-30%重量含量,其余為鉛,并且輔以電流密度為0.1-0.2A·cm-2;電解時間為45min;Fe/Al雙金屬協助電解法處理廢水,在pH值為5-10條件下,電解電壓達到10-15V條件下實現有機廢水電解處理,使得在電解牛仔褲靛藍染料污水,脫色率可達到99%,COD去除率達到了84%。

  可是,現有技術中,對于四元合金電極材料在制備過程,其由于處理工藝不恰當,導致制備得到的四元合金電極材料的硬度、抗拉強度以及電阻率等綜合性能品質較差,造成用于處理靛藍污染廢水等難以降解的有機成分的降解脫除效果不理想。

  鑒于此,本研究者結合長期的探索試驗以及經過試驗室配制靛藍污染污水的方式作為測試對象,并對四元合金電極材料制備過程中的工藝參數以及物料加入順序進行控制,為四元合金電極材料制備提供了新思路。

  發明內容

  為了解決現有技術中存在的上述技術問題,本發明提供一種靛藍廢水處理用陽極板制備方法。

  具體是通過以下技術方案得以實現的:

  靛藍廢水處理用陽極板制備方法,包括以下步驟:

  (1)將鉛加入到石墨坩堝中,升溫熔化形成熔融液;

  (2)控制熔融液處于750-850℃下,向其中按1.2-2.7%重量含量加入鋁,恒溫一次熔煉,待鋁完全熔融成液態之后,得到金屬液體;

  (3)控制溫度為750-850℃下,向其中按0.1-0.28%重量含量加入鈣和按17-19%重量含量加入鍶,恒溫攪拌二次熔煉,澆注成錠,煅軋,沖孔,即得靛藍廢水處理用陽極板。經過對陽極板制備過程中的物料成分按照一定的順序加入,使得比重較大的鉛成分首先被熔融成液態之后,再依次將鋁、鈣和鍶加入熔融,并經過攪拌,實現混合均勻,降低了陽極板原料混合難度,降低了陽極板制備成本,而且保證了陽極板綜合性能優異,提高了品質。

  為了避免比重小的鈣、鍶漂浮在金屬溶液表面,導致制備的產品的品質和性能較差的缺陷,優選,所述的步驟(3),在鈣、鍶加入過程中,采用壓入法加入。

  為了避免Al加入之后氧化燒損量較大的缺陷,優選,所述的步驟(2),在鋁的加入過程中,采用壓入法加入或者加入過程中向其中加入占金屬液體質量1.2-2%的碳粉。

  能夠有效阻隔氣體進入,導致燒損量較大的同時,還能夠保證制備的產品的性能,提高品質,優選,所述的碳粉,加入量占金屬液體質量的1.8%。

  所述的二次熔煉時間為10-15min。

  上述方法制備的靛藍廢水處理用陽極板用于處理靛藍污染廢水時,采用Fe/Al按照質量比為1:0.2-0.8雙金屬加入協助電解處理

  在對靛藍污染廢水進行處理過程中,是以四元合金材料為正極(陽極)、石墨為負極(陰極)組成的電解系統,所述的四元合金材料中,鈣為0.1-0.28%重量含量、鋁為1.2-2.7%重量含量、鍶為17-19%重量含量、余量為鉛。

  以四元合金材料為正極、石墨為負極組成的電解系統,進而犧牲正極(陽極)的方式誘導鋁離子的化學活性,快速形成大量的微電解池,提高對有機廢水中的難降解有機物的降解能力,而且鋁離子快速形成氫氧化鋁膠體,這種膠體具有較強的吸附性能,能夠大量的凝聚吸附有機廢水中的色澤,提高對有機廢水的脫色率。

  為了降低有機廢水中的COD含量,提高脫色率,優選,所述的四元合金材料中,鈣為0.23%重量含量、鋁為2.5%重量含量、鍶為18%重量含量、余量為鉛。

  為了進一步降低有機廢水中的COD含量,提高脫色率,優選,所述的四元合金材料中,鈣為0.17%重量含量、鋁為1.8%重量含量、鍶為17%重量含量、余量為鉛。

  本發明創造的電極材料在適當的電解條件下,能夠增強對有機廢水的處理能力,降低COD含量,提高脫色率,使得在用于處理有機廢水過程中,是利用Fe、Al雙金屬協助電解廢水,控制廢水pH值在5-10條件下,電解電壓為10-15V、電解時間控制在50-60min、電流密度為0.1-0.2A·cm-2。極大程度的使得COD脫除率提高了3-5個百分點。尤其在雙金屬協助電解廢水過程中,使得大量的微電解池的形成,并加強了鐵、鋁離子的化學活性,使得快速形成氫氧化鐵、氫氧化鋁混合的膠體,并快速凝聚,增強對有機廢水中的色澤吸附能力,提高脫色能力。

  為了能夠使得形成的氫氧化鋁、氫氧化鐵混合膠體的相對含量處于適當的混合比范圍,確保能夠較佳的增強對有機廢水中的色澤脫除能力,優選,所述的電極材料在用于處理有機廢水過程中,是利用Fe、Al雙金屬按照質量比為1:0.2-0.8混合之后協助電解廢水,控制廢水pH值在5-10條件下,電解電壓為13V、電解時間控制在55min、電流密度為0.15A·cm-2。

  更優選,所述的Fe、Al雙金屬,在協助電解廢水過程是按照質量比為1:0.6混合。

  為了能夠避免較低比重的鍶、鈣等成分在加入到冶煉爐中后,漂浮在冶煉溶液表面,導致獲得的四元合金材料的性能較差,進而導致對有機廢水中COD脫除率較低的缺陷,優選,所述的鍶在電極材料冶煉過程中,是將鍶與鈣混合之后,采用壓入法加入冶煉。

  本發明創造在制備電極材料過程中,其四元合金材料是經過市場上購買后加工成陽極板(正極板),或者經過自己熔煉而成中,其中熔煉工藝參照現有技術中公開的工藝,例如:將鉛在石墨坩堝中升溫熔化熔煉,并在熔煉過程中,加入少量的碳粉和Al材料,待Al材料熔煉成金屬液體之后,向其中加入溶劑和鈣、鍶原料成分進行二次熔煉,攪拌混合均勻,澆注成錠,煅軋、沖孔成陽極板(正極板)。

  經過在最后步驟中加入鈣、鍶成分,能夠有效的降低氧化燒損量,采用石墨坩堝,有助于降低成本,提高處理過程的化學性質穩定性,并采用碳粉與Al材料混合加入熔煉,能夠有效減少合金吸氣和氧化燒損,在加入過程中,碳粉的加入量控制在占合金液重量的1.8%時為最佳,能夠有助于提高電極材料作為陽極板處理有機廢水時的有機物降解能力;為了能夠保證合金材料質量前提下,降低合金液的氧化燒損量,尤其控制在鈣、鍶成分加入之后的熔煉時間在15min內,尤其以13min為宜;整個熔煉過程的溫度在750-850℃之間;在澆注前攪拌,有助于提高金屬熔融體的均勻性,同時能夠避免比重較大的鉛等物料過度下沉,導致制備的材料品質較差。上述制備工藝有助于改善合金材料的硬度、抗拉強度和電阻率等,使得用于對有機物廢水進行電化學處理過程,極大程度的提高了對有機污染物的降解能力;而且能夠與雙金屬形成良好的協助,增強對有機廢水中的COD脫除率和色澤脫除率。

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