申请日2019.02.24
公开(公告)日2019.06.14
IPC分类号C02F1/461
摘要
本发明涉及电化学处理技术领域，尤其是一种有机废水处理用电极材料及应用，是以钙为0.1‑0.28%重量含量、铝为1.2‑2.7%重量含量、锶为17‑19%重量含量、余量为铅组成的四元合金材料为正极、石墨为负极组成的电解系统，进而牺牲正极(阳极)的方式诱导铝离子的化学活性，快速形成大量的微电解池，提高对有机废水中的难降解有机物的降解能力，而且铝离子快速形成氢氧化铝胶体，这种胶体具有较强的吸附性能，能够大量的凝聚吸附有机废水中的色泽，提高对有机废水的脱色率。
权利要求书
1.一种有机废水处理用电极材料，是以四元合金材料为正极、石墨为负极组成的电解系统，使用时，采用Fe/Al双金属协助电解处理有机废水，其特征在于，所述的四元合金材料中，钙为0.1-0.28%重量含量、铝为1.2-2.7%重量含量、锶为17-19%重量含量、余量为铅。
2.如权利要求1所述的有机废水处理用电极材料，其特征在于，所述的四元合金材料中，钙为0.23%重量含量、铝为2.5%重量含量、锶为18%重量含量、余量为铅。
3.如权利要求1所述的有机废水处理用电极材料，其特征在于，所述的四元合金材料中，钙为0.17%重量含量、铝为1.8%重量含量、锶为17%重量含量、余量为铅。
4.如权利要求1-3任一项所述的有机废水 处理用电极材料，其特征在于，所述的电极材料在用于处理有机废水过程中，是利用Fe、Al双金属协助电解废水，控制废水pH值在5-10条件下，电解电压为10-15V、电解时间控制在50-60min、电流密度为0.1-0.2A·cm-2。
5.如权利要求4所述的有机废水处理用电极材料，其特征在于，所述的电极材料在用于处理有机废水过程中，是利用Fe、Al双金属按照质量比为1:0.2-0.8混合之后协助电解废水，控制废水pH值在5-10条件下，电解电压为13V、电解时间控制在55min、电流密度为0.15A·cm-2。
6.如权利要求5所述的有机废水处理用电极材料，其特征在于，所述的Fe、Al双金属，在协助电解废水过程是按照质量比为1:0.6混合。
7.如权利要求1-3任一项所述的有机废水处理用电极材料，其特征在于，所述的锶在电极材料冶炼过程中，是将锶与钙混合之后，采用压入法加入冶炼。
8.如权利要求1-7任一项所述的有机废水处理用电极材料用于处理靛蓝污染废水。
说明书
一种有机废水处理用电极材料及应用
技术领域
本发明涉及电化学处理技术领域，尤其是一种有机废水处理用电极材料及应用。
背景技术
随着化工工业、冶金工业等工业产业的快速发展过程中，新型助剂、制药等等化学物质的加入，致使大量有机物成分进入到了废水中，导致废水成分和结构变化复杂，而这些有机物成分的混入，由于其生物毒性和难生物降解性能，使得在环境中逐渐积累，致使环境遭受严重的污染，极大程度的威胁着人类生存安全。
目前，对于废水中难降解有机物的处理方法有许多种，例如超临界水氧化、光催化法、超声法、芬顿试剂法、微波法、电化学方法等等，其中，以电化学方法具有操作简单，便于自动化控制、反应条件温和、无二次污染、后处理简单，并且能够与其他处理方法相结合，并对难降解有机物具有高效的降解能力，并在有机污染物降解处理过程中，无需添加其他试剂，属于绿色化学过程，成为目前废水处理研究热点。在电化学处理有机污染物降解过程中，其主要受到的阳极材料的表面属性、电化学反应器构型、有机物的物化性质、溶液状态等因素影响，因此，对于电化学催化氧化降解有机物用阳极材料得到了快速的研究与发展，例如：专利申请号为201711140416.3的电化学处理有机废水电解工程的电极材料中，以四元合金为正极，石墨为负极，构成首级电解系统，牺牲阳极的方式诱导铁离子和铝离子的化学活性，快速形成大量的微电池，同时，构成色度的不溶性微粒可被生成氢氧化铁胶体凝聚剂吸附凝聚而被去除，其中采用的四元合金成分含钙为0.3-0.5%重量含量，铝为0.5-1%重量含量，锡为20-30%重量含量，其余为铅，并且辅以电流密度为0.1-0.2A·cm-2;电解时间为45min;Fe/Al双金属协助电解法处理废水，在pH值为5-10条件下，电解电压达到10-15V条件下实现有机废水电解处理，使得在电解牛仔裤靛蓝染料污水，脱色率可达到99%，COD去除率达到了84%。
可是，现有技术中，对于四元合金成分的相对成分量以及成分组成控制不恰当，导致对有机污染物的降解能力依然较差，致使废水中的COD减少率依然不理想。
鉴于此，本研究者在现有技术的双金属协助电处理有机废水，例如专利申请号为201711140966.5所公开的技术基础上，结合有机废水处理过程采用的电极材料，针对电极材料做出了研究，使得电极材料用于处理有机废水过程中的处理效果和有机污染物降解能力大幅度的提高，为有机废水处理领域提供了新材料。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种有机废水处理用电极材料及应用。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种有机废水处理用电极材料，是以四元合金材料为正极、石墨为负极组成的电解系统，所述的四元合金材料中，钙为0.1-0.28%重量含量、铝为1.2-2.7%重量含量、锶为17-19%重量含量、余量为铅。
该电极材料在应用过程中，是以四元合金材料为正极、石墨为负极组成的电解系统，进而牺牲正极(阳极)的方式诱导铝离子的化学活性，快速形成大量的微电解池，提高对有机废水中的难降解有机物的降解能力，而且铝离子快速形成氢氧化铝胶体，这种胶体具有较强的吸附性能，能够大量的凝聚吸附有机废水中的色泽，提高对有机废水的脱色率。
为了降低有机废水中的COD含量，提高脱色率，优选，所述的四元合金材料中，钙为0.23%重量含量、铝为2.5%重量含量、锶为18%重量含量、余量为铅。
为了进一步降低有机废水中的COD含量，提高脱色率，优选，所述的四元合金材料中，钙为0.17%重量含量、铝为1.8%重量含量、锶为17%重量含量、余量为铅。
本发明创造的电极材料在适当的电解条件下，能够增强对有机废水的处理能力，降低COD含量，提高脱色率，使得在用于处理有机废水过程中，是利用Fe、Al双金属协助电解废水，控制废水pH值在5-10条件下，电解电压为10-15V、电解时间控制在50-60min、电流密度为0.1-0.2A·cm-2。极大程度的使得COD脱除率提高了3-5个百分点。尤其在双金属协助电解废水过程中，使得大量的微电解池的形成，并加强了铁、铝离子的化学活性，使得快速形成氢氧化铁、氢氧化铝混合的胶体，并快速凝聚，增强对有机废水中的色泽吸附能力，提高脱色能力。
为了能够使得形成的氢氧化铝、氢氧化铁混合胶体的相对含量处于适当的混合比范围，确保能够较佳的增强对有机废水中的色泽脱除能力，优选，所述的电极材料在用于处理有机废水过程中，是利用Fe、Al双金属按照质量比为1:0.2-0.8混合之后协助电解废水，控制废水pH值在5-10条件下，电解电压为13V、电解时间控制在55min、电流密度为0.15A·cm-2。
更优选，所述的Fe、Al双金属，在协助电解废水过程是按照质量比为1:0.6混合。
为了能够避免较低比重的锶、钙等成分在加入到冶炼炉中后，漂浮在冶炼溶液表面，导致获得的四元合金材料的性能较差，进而导致对有机废水中COD脱除率较低的缺陷，优选，所述的锶在电极材料冶炼过程中，是将锶与钙混合之后，采用压入法加入冶炼。
本发明创造在制备电极材料过程中，其四元合金材料是经过市场上购买后加工成阳极板(正极板)，或者经过自己熔炼而成中，其中熔炼工艺参照现有技术中公开的工艺，例如：将铅在石墨坩埚中升温熔化熔炼，并在熔炼过程中，加入少量的碳粉和Al材料，待Al材料熔炼成金属液体之后，向其中加入溶剂和钙、锶原料成分进行二次熔炼，搅拌混合均匀，浇注成锭，煅轧、冲孔成阳极板(正极板)。
经过在最后步骤中加入钙、锶成分，能够有效的降低氧化烧损量，采用石墨坩埚，有助于降低成本，提高处理过程的化学性质稳定性，并采用碳粉与Al材料混合加入熔炼，能够有效减少合金吸气和氧化烧损，在加入过程中，碳粉的加入量控制在占合金液重量的1.8%时为最佳，能够有助于提高电极材料作为阳极板处理有机废水时的有机物降解能力;为了能够保证合金材料质量前提下，降低合金液的氧化烧损量，尤其控制在钙、锶成分加入之后的熔炼时间在15min内，尤其以13min为宜;整个熔炼过程的温度在750-850℃之间;在浇注前搅拌，有助于提高金属熔融体的均匀性，同时能够避免比重较大的铅等物料过度下沉，导致制备的材料品质较差。上述制备工艺有助于改善合金材料的硬度、抗拉强度和电阻率等，使得用于对有机物废水进行电化学处理过程，极大程度的提高了对有机污染物的降解能力;而且能够与双金属形成良好的协助，增强对有机废水中的COD脱除率和色泽脱除率。