申请日2010.08.31
公开(公告)日2011.01.26
IPC分类号C02F1/72; C02F1/46
摘要
本发明公开了一种电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法及电化学氧化系统，以超细石墨粉体为导电体，以球形中空聚苯乙烯颗粒为填料，以水溶性环氧树脂为粘结剂，并以超细碳酸钙为阻隔剂进行造粒，然后在其颗粒表面包覆亲水性硅氧烷偶联剂并使其水解聚合而制备成的。其密度可以随超细石墨和聚苯乙烯颗粒的比例而调整，导电性可以根据超细石墨和环氧树脂的比例进行调整，密度可以控制在1.0g/cm3～1.1g/cm3之间。当水处理系统底部曝气时可以在系统中悬浮翻滚。在水中不被溶解、电解，且颗粒表面呈现亲水性，易于分散而不致系统短路。在操作过程中自身不被水体污染且不污染水体。
权利要求书
1.一种电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
以超细石墨粉体为导电体，以球形中空聚苯乙烯颗粒为填料，以水溶性环氧树脂为粘结剂，并以超细碳酸钙为阻隔剂进行造粒，然后在所造粒的表面包覆亲水性硅氧烷偶联剂并使其水解聚合;
所述超细石墨粉体的粒度为600目～2500目，由土状石墨或鳞片石墨制得，石墨含量大于95%;
所述球形中空聚苯乙烯颗粒的粒度为2μm～100μm，表观密度在0.05g/cm3～0.13g/cm3之间;
所述超细碳酸钙粒度为600目～2500目。
2.根据权利要求1所述的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法，其特征在于，所述超细石墨粉体由土状石墨或鳞片石墨制得，石墨含量大于95%;
所述超细碳酸钙由天然方解石研磨制得，或由化学沉淀法制得。
3.根据权利要求1所述的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、将超细石墨粉体、球形中空聚苯乙烯颗粒按照质量比为1.0∶0.3～0.6的质量比混合均匀;
B、按照水溶性环氧树脂与固化剂照质量比为1.0∶0.1～0.3的比例称取水溶性环氧树脂和固化剂，并在烧杯中搅拌均匀;
C、将超细石墨粉体和球形中空聚苯乙烯颗粒的混合物与水溶性环氧树脂和固化剂的混合物按照质量比为1.0∶0.2～0.5的比例混合均匀，掺加细度为600目～2500目的超细碳酸钙后放入造粒机中转动造粒，使所造粒的尺寸为0.2cm～0.5cm时出料;造粒后的导电颗粒在常温下固化3~8h;
D、按照水溶性硅氧烷偶联剂∶水=0.5%～1.5%的比例称取水溶性硅氧烷和水，混合溶解后制备硅氧烷水溶液，将固化后的导电颗粒倒入该水溶液中浸泡10min～30min后滤出;
E、将滤出后的导电颗粒在25℃～100℃下干燥，得到所述的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料。
4.根据权利要求3所述的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法，其特征在于，所述三维电极材料的密度在1.0g/cm3～1.1g/cm3之间。
5.一种电化学氧化系统，其特征在于，该系统中加入权利要求1至4任一项所述的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料。
说明书
电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法及电化学氧化系统
技术领域
本发明涉及一种电化学氧化法处理污水电极材料，尤其涉及一种电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法及电化学氧化系统。
背景技术
电化学氧化是处理废水中有毒有害有机物和高浓度氨氮的一种有效方法。电化学氧化法处理废水时，电化学氧化可以把氨氮氧化成氮气去除。在有氯离子协同作用下，电化学氧化去除氨氮的效率接近100%。利用电极表面产生的强氧化自由基，可以无选择的对有机物进行氧化，它也可以作为生物处理的预处理而应用。在处理过程中仅需消耗电能，不像A/O法一样受温度约束，且工艺简单，容易实现自动化，已经成为高浓度氨氮和难降解废水的预处理工艺之一。但是，电化学氧化处理废水中污染物的过程中，水也受电解作用和导电性使得电化学氧化法处理废水的电耗远高于理论耗电量，该方法的应用也因此而受到制约。
目前传统的电化学氧化法处理废水时只有两个电极，即正极和负极。因此，电化学氧化反应主要发生在两个电极表面。电极的表面积直接影响到电化学氧化的效率。传统的电极，如金属电极、石墨电极等材料在污水处理中不能悬浮在系统中，且金属电极易受腐蚀。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、操作方便，能提高反应效率、降低能耗和缩短反应时间的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法及电化学氧化系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法，包括步骤：
以超细石墨粉体为导电体，以球形中空聚苯乙烯颗粒为填料，以水溶性环氧树脂为粘结剂，并以超细碳酸钙为阻隔剂进行造粒，然后在所造粒的表面包覆亲水性硅氧烷偶联剂并使其水解聚合;
所述超细石墨粉体的粒度为600目～2500目，由土状石墨或鳞片石墨制得，石墨含量大于95%;
所述球形中空聚苯乙烯颗粒的粒度为2μm～100μm，表观密度在0.05g/cm3～0.13g/cm3之间;
所述超细碳酸钙粒度为600目~2500目。
本发明的电化学氧化系统，该系统中加入上述的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法及电化学氧化系统，由于以超细石墨粉体为导电体，以球形中空聚苯乙烯颗粒为填料，以水溶性环氧树脂为粘结剂，并以超细碳酸钙为阻隔剂进行造粒，然后在其颗粒表面包覆亲水性硅氧烷偶联剂并使亲水性硅氧烷偶联剂水解聚合而制备成的，其密度可以随超细石墨和聚苯乙烯颗粒的比例而调整，导电性可以根据超细石墨和环氧树脂的比例进行调整，当水处理系统底部曝气时可以在系统中悬浮翻滚。在水中不被溶解、电解，且颗粒表面呈现亲水性，易于分散而不致系统短路。制备过程无废水、废气、废渣排放，工艺简单、操作方便、易于实现工业化生产。在电化学氧化系统中加入均匀分散的上述的三维电极材料，使得这些颗粒荷电后其表面都成为电化学氧化反应的活性点，就可以极大的增大反应表面积，进而提高反应效率，降低能耗和缩短反应时间。
具体实施方式
本发明的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料的制备方法，其较佳的具体实施方式，包括步骤：
以超细石墨粉体为导电体，以球形中空聚苯乙烯颗粒为填料，以水溶性环氧树脂为粘结剂，并以超细碳酸钙为阻隔剂进行造粒，然后在所造粒的表面包覆亲水性硅氧烷偶联剂并使其水解聚合;
所述超细石墨粉体的粒度为600目～2500目，由土状石墨或鳞片石墨制得，石墨含量大于95%;
所述球形中空聚苯乙烯颗粒的粒度为2μm～100μm，表观密度在0.05g/cm3～0.13g/cm3之间;
所述超细碳酸钙粒度为600目～2500目。
所述超细石墨粉体由土状石墨或鳞片石墨制得，石墨含量大于95%;
所述超细碳酸钙由天然方解石研磨制得，或由化学沉淀法制得。
具体的工艺过程包括步骤：
A、将超细石墨粉体、球形中空聚苯乙烯颗粒按照质量比为1.0∶0.3～0.6的质量比混合均匀;
B、按照水溶性环氧树脂与固化剂照质量比为1.0∶0.1～0.3的比例称取水溶性环氧树脂和固化剂，并在烧杯中搅拌均匀;
C、将超细石墨粉体和球形中空聚苯乙烯颗粒的混合物与水溶性环氧树脂和固化剂的混合物按照质量比为1.0∶0.2～0.5的比例混合均匀，掺加细度为600目～2500目的超细碳酸钙后放入造粒机中转动造粒，使所造粒的尺寸为0.2cm～0.5cm时出料;造粒后的导电颗粒在常温下固化3~8h;
D、按照水溶性硅氧烷偶联剂∶水=0.5%～1.5%的比例称取水溶性硅氧烷和水，混合溶解后制备硅氧烷水溶液，将固化后的导电颗粒倒入该水溶液中浸泡10min～30min后滤出;
E、将滤出后的导电颗粒在25℃～100℃下干燥，即可得到电化学氧化污水处理专用三维电极材料。
所述三维电极材料的密度在1.0g/cm3～1.1g/cm3之间。
本发明的电化学氧化系统，该系统中加入上述的电化学氧化法处理污水专用三维电极材料。在电化学氧化系统中加入均匀分散的上述的三维电极材料，使得这些颗粒荷电后其表面都成为电化学氧化反应的活性点，就可以极大的增大反应表面积，进而提高反应效率，降低能耗和缩短反应时间。三维电极材料的表观密度在1.0g/cm3～1.1g/cm3之间、粒度和形状可控，且具备耐酸碱、耐水、不溶于水等特殊要求。
本发明以超细石墨粉体为导电体，以球形中空聚苯乙烯颗粒为填料，以水溶性环氧树脂为粘结剂，并以超细碳酸钙为阻隔剂进行造粒，然后在其颗粒表面包覆亲水性硅氧烷偶联剂并使亲水性硅氧烷偶联剂水解聚合而制备成的，其密度可以随超细石墨和聚苯乙烯颗粒的比例而调整，导电性可以根据超细石墨和环氧树脂的比例进行调整。其密度可以控制在1.0g/cm3～1.1g/cm3之间，当水处理系统底部曝气时可以在系统中悬浮翻滚。在水中不被溶解、电解，且颗粒表面呈现亲水性，易于分散而不致系统短路。其在操作过程中自身不被水体污染且不污染水体。
本发明制备的电化学氧化污水处理专用三维电极材料，由于含有石墨，且石墨颗粒相互连接而导电，由于含有密度低且不吸水的中空聚苯乙烯颗粒，而可以调节其密度在1.0g/cm3～1.1g/cm3之间，因其表面含有聚合的水溶性硅氧烷而呈现亲水性，可以单独分散在水中而不发生团聚和电路短路现象。因此可以应用于水处理过程中的电化学氧化过程。本产品制备过程无废水、废气、废渣排放，工艺简单，操作方便，易于实现工业化生产。
具体实施例：
实施例1，包括步骤：
1、称取100g粒度为600目的鳞片石墨粉、30g球形中空聚苯乙烯颗粒，在容器中搅拌均匀;
2、称取24g水溶性环氧树脂和2.4g水溶性环氧树脂固化剂，在烧杯中搅拌均匀;
3、将步骤A和步骤B制得的混合物混在一起并搅拌均匀，并加入16g粒度为600目的超细碳酸钙，混合均匀后放入造粒机中造粒10min，使其粒度为0.2cm～0.5cm时出料;造粒后的导电颗粒材料在常温下静置、固化3h;
4、称取水溶性硅氧烷偶联剂0.5g，水100g，混合溶解后，将固化后的颗粒倒入该水溶液中浸泡10min后滤出;
5、将滤出后的导电颗粒在25℃常温下干燥，即可得到电化学氧化污水处理专用三维电极材料。
按实施例1制成的电化学氧化污水处理专用三维电极材料电阻为2.85kΩ，颗粒尺寸为3.5mm～5.0mm、颗粒表观密度为1.09g/cm3。
实施例2，包括步骤：
1、称取100g粒度为2500目的土状石墨粉、60g球形中空聚苯乙烯颗粒，在容器中搅拌均匀;
B、称取64g水溶性环氧树脂和16g水溶性环氧树脂固化剂，在烧杯中搅拌均匀;
C、将步骤A和步骤B制得的混合物混在一起并搅拌均匀，并加入45g粒度为2500目的超细碳酸钙，混合均匀后放入造粒机中造粒15min，使其粒度为0.2cm～0.3cm时出料;造粒后的导电颗粒材料在常温下静置、固化8h;
D、称取水溶性硅氧烷偶联剂1.5g，水100g，混合溶解后，将固化后的颗粒倒入该水溶液中浸泡30min后滤出;
E、将滤出后的导电颗粒在100℃下干燥，即可得到电化学氧化污水处理专用三维电极材料。
按实施例2制成的电化学氧化污水处理专用三维电极材料电阻为28.94kΩ，颗粒尺寸为2.5mm～3.0mm、颗粒表观密度为1.02g/cm3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。