申请日2018.01.31
公开(公告)日2018.06.22
IPC分类号C02F1/461
摘要
本发明属于污水处理的技术领域，提供了一种用于酸性污水处理的碳笼‑铁微电解颗粒及制备方法。该方法通过配制铁粉分散液进行喷雾、冷凝，制得由硬脂酸固定的铁粉团聚微球，然后制备二氧化硅‑壳聚糖复合凝胶，并将复合凝胶均匀包覆于微球表面，然后高温碳化形成牢固的微孔笼，铁粉被网络在笼中，制得由碳笼网络铁粉的微电解颗粒。与传统方法相比，本发明的制备的发明的制备中碳笼‑铁微电解颗粒，不但具有良好的微电解性能，而且可有效阻止铁粉板结，彻底解决了铁碳微电解用于污水处理易板结钝化的问题，可有效实现不结垢、不堵塞、可连续运行、高效处理酸性污水的目的，同时制备过程较为简单，制备成本较低，可推广生产应用。
权利要求书
1.一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒的制备方法，其特征在于，通过配制铁粉分散液进行喷雾、冷凝，制得由硬脂酸固定的铁粉团聚微球，然后制备二氧化硅-壳聚糖复合凝胶，并将复合凝胶均匀包覆于微球表面，然后高温碳化形成牢固的微孔笼，铁粉被网络在笼中，制得由碳笼网络铁粉的微电解颗粒，制备的具体步骤如下：
(1)将铁粉、硬脂酸及分散剂加热至80~90℃，搅拌混合15~20min，形成铁粉分散液，然后进行喷雾、冷凝，形成由硬脂酸固定的铁粉团聚微球;
(2)将纳米二氧化硅粉末、壳聚糖、交联剂加入去离子水中，在60~75℃下搅拌40~60min，制得二氧化硅-壳聚糖复合凝胶;
(3)将步骤(1)制得的铁粉团聚微球加入步骤(2)制得的二氧化硅-壳聚糖复合凝胶中，使微球表面均匀包覆复合凝胶，然后在高温炉中碳化形成牢固的微孔笼，铁粉被网络在笼中，制得由碳笼网络铁粉的微电解颗粒。
2.根据权利要求1所述一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述铁粉为羰基铁粉，粒径为5~10μm。
3.根据权利要求1所述一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述分散剂为三硬脂酸甘油酯、乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述铁粉团聚微球的粒径为200~400μm。
5.根据权利要求1所述一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述铁粉分散液中，铁粉32~40重量份、硬脂酸1~2重量份、分散剂58~67重量份。
6.根据权利要求1所述一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述交联剂为戊二醛、甲醛、亚甲基二丙烯酰胺中的至少一种。
7.根据权利要求1所述一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述二氧化硅-壳聚糖复合凝胶的原料中，纳米二氧化硅粉末8~12重量份、壳聚糖30~40重量份、交联剂1~2重量份、去离子水46~61重量份。
8.根据权利要求1所述一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述混合体系中，铁粉团聚微球35~45重量份、二氧化硅-壳聚糖复合凝胶55~65重量份。
9.根据权利要求1所述一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述碳化温度为400~600℃，加热时间为60~90min。
10.权利要求1~9任一项所述制备方法制备得到的用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒。
说明书
一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒及制备方法
技术领域
本发明属于污水处理的技术领域，提供了一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒及制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展，工业废水和生活污水越来越多，严重污染水体，破坏生态环境，威胁人类的健康和生存，为使污水达到排放标准，人们已研究出了多种处理方法。污水通常包括工业污水和生活废水两种，其中工业污水由于有机物浓度高、毒性大、成分复杂、治理难而成为社会关注的重点。若直接排放将对环境构成严重威胁，故必须选用合适的方法进行治理以达标排放。
常用的采用曝氧化池处理污水对有机物处理效率低，而且对于一些难降解污染物的有机物处理不彻底。而微电解法作为被广泛研究与应用的一种废水处理方法，由于其适用范围广、寿命长、处理效果好、成本低、操作维护方便，已成功地应用于染料、印染、重金属、农药、制药、油分等废水的处理。
铁碳微电解是目前解决难降解污水污染物的较佳产品，主要是将废铁屑与惰性碳装入池中对废水进行预处理，由于反应产生的了Fe2+，它们具有高化学活性, 能改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用。而通过铁碳池可以显著提高废水的可生化性，可有效减少废水中有毒物质对微生物的毒害作用，为进一步生化处理创造了有利条件，已收到广泛关注。
目前国内外污水微电解技术，尤其是用于微电解材料方面已取得了一定成效。其中岳钦艳等人发明了一种利用工业废弃物制备抗板结粒状陶制铁碳微电解填料的方法(中国发明专利申请号201310173058.1)，该方法包括以铁粉、木质素、赤泥、粘土为原料按(4~5):(2~3):(1~3):3的质量比例混合、造粒，还原气氛下烧制而成，制得的抗板结粒状陶制铁碳微电解填料粒径4~6mm，此发明的产品用于污水处理，可在较短时间内提高废水的可生化性，并降低废水的CODCr和毒性;在使用过程中不易板结，使用周期长，维护简单。使用工业废料为原料，节约资源能源并实现以废治废。另外，甘琦发明了一种利用废水处理工艺中铁碳或芬顿污泥制备多孔微电解颗粒的方法(中国发明专利申请号201710583843.2)，包括：将废水处理中铁碳微电解工艺或芬顿工艺中产生的含铁污泥与木质素、木质素磺酸盐、改性竹木粉中的一种或几种进行混合造粒，造粒直径范围为3~20mm，然后放入烧结炉进行高温烧结，制得多孔微电解颗粒，此发明提供了一种有机废水处理中铁碳或芬顿工艺产生的含铁污泥的无害化处置方法，制备出的多孔微电解颗粒可继续用于废水处理在污水处理领域形成资源循环，变废为宝，特别适合于化工、制药、农药、染料等经常使用铁碳和芬顿工艺做有机废水预处理的行业。
可见，现有技术中的铁碳微电解技术中，铁碳材料容易产生铁屑结块和表面钝化，容易产生结垢、堵塞、无法连续运行等问题，存在微电解活性差，无法高效处理污水等缺点。
发明内容
针对这种情况，我们提出一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒及制备方法，主要是将铁粉与硬脂酸加热至80℃，形成铁粉分散液，然后进喷雾、冷凝形成由硬脂酸固定的铁粉团聚微球;将该微球加入预制的二氧化硅-壳聚糖复合凝胶中，使微球表面均匀包覆复合凝胶，然后在高温炉中碳化，得到由碳笼网络铁粉的微电解颗粒，彻底解决了铁碳微电解用于污水处理易板结钝化的问题，实现不结垢、不堵塞、可连续运行、高效处理酸性污水的目的。
为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：
一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒的制备方法，通过配制铁粉分散液进行喷雾、冷凝，制得由硬脂酸固定的铁粉团聚微球，然后制备二氧化硅-壳聚糖复合凝胶，并将复合凝胶均匀包覆于微球表面，然后高温碳化形成牢固的微孔笼，铁粉被网络在笼中，制得由碳笼网络铁粉的微电解颗粒，制备的具体步骤如下：
(1)将铁粉、硬脂酸及分散剂加热至80~90℃，搅拌混合15~20min，形成铁粉分散液，然后进行喷雾、冷凝，形成由硬脂酸固定的铁粉团聚微球;
(2)将纳米二氧化硅粉末、壳聚糖、交联剂加入去离子水中，在60~75℃下搅拌40~60min，制得二氧化硅-壳聚糖复合凝胶;
(3)将步骤(1)制得的铁粉团聚微球加入步骤(2)制得的二氧化硅-壳聚糖复合凝胶中，使微球表面均匀包覆复合凝胶，然后在高温炉中碳化形成牢固的微孔笼，铁粉被网络在笼中，制得由碳笼网络铁粉的微电解颗粒。
优选的，步骤(1)所述铁粉为羰基铁粉，粒径为5~10μm。
优选的，步骤(1)所述分散剂为三硬脂酸甘油酯、乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯中的至少一种。
优选的，步骤(1)所述铁粉团聚微球的粒径为200~400μm。
优选的，步骤(1)所述分散液中，铁粉32~40重量份、硬脂酸1~2重量份、分散剂58~67重量份。
优选的，步骤(2)所述交联剂为戊二醛、甲醛、亚甲基二丙烯酰胺中的至少一种。
优选的，步骤(2)所述复合凝胶的原料中，纳米二氧化硅粉末8~12重量份、壳聚糖30~40重量份、交联剂1~2重量份、去离子水46~61重量份。
优选的，步骤(3)所述混合体系中，铁粉团聚微球35~45重量份、二氧化硅-壳聚糖复合凝胶55~65重量份。
优选的，步骤(3)所述碳化温度为400~600℃，加热时间为60~90min。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒。
该方法通过配制铁粉分散液进行喷雾、冷凝，制得由硬脂酸固定的铁粉团聚微球，然后制备二氧化硅-壳聚糖复合凝胶，并将复合凝胶均匀包覆于微球表面，然后高温碳化形成牢固的微孔笼，铁粉被网络在笼中，制得由碳笼网络铁粉的微电解颗粒。与传统方法相比，本发明的制备的发明的制备中碳笼-铁微电解颗粒，不但具有良好的微电解性能，而且可有效阻止铁粉板结，彻底解决了铁碳微电解用于污水处理易板结钝化的问题，可有效实现不结垢、不堵塞、可连续运行、高效处理酸性污水的目的，同时制备过程较为简单，制备成本较低，可推广生产应用。
将本发明制备的碳笼-铁微电解颗粒与普通铁碳微电解用铁屑的结块率及钝化电位进行对比，如表1所示，可见，本发明制备的电解颗粒不易结块或钝化，微电解活性高。
表1：
本发明提供了一种用于酸性污水处理的碳笼-铁微电解颗粒及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明制备的碳笼-铁微电解颗粒，可有效用于酸性污水中难降解污染物的处理。
2.本发明的制备中形成微孔将铁粉网络其中，不但形成良好的微电解性能，而且可有效阻止铁粉板结，彻底解决了铁碳微电解用于污水处理易板结钝化的问题，实现不结垢、不堵塞、可连续运行、高效处理酸性污水的目的。
3.本发明的制备过程较为简单，制备成本较低，可推广生产应用。