專利名稱：一種三維電極的粒子電極催化劑填料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種組合物，具體的說涉及一種催化劑填料。
背景技術：
專利號為ZL02114740.X的三維電極催化氧化法處理有機廢水技術，是從三維電極的原理出發，在兩個主電極之間的粒子電極含過渡金屬氧化物作引發劑。當待處理廢水通過時，在一定的操作條件下(即一定的直流電壓、空氣流速等)，裝置內便會產生一定濃度初生態H2O2，并迅速分解為具強氧化性的羥基自由基(·OH)和新生態的混凝劑，廢水中的有機物便會發生諸如催化氧化分解、混凝、吸附等作用而迅速被去除。由于羥基自由基具有極強的氧化性，有機污染物往往會被直接氧化為CO2和H2O，所以該技術用于有機廢水的處理時，具有廣譜性，高效，快速，污泥量極少，不產生二次污染，同時具有除臭滅菌等功能，其應用前景廣闊。該技術作為一種水處理創新環保清潔技術，其核心在于其工作電極，即粒子電極，它起到三維電極催化劑的作用。粒子電極的成分配比選取得是否合理，直接影響到催化劑活性中心的效果和數量，繼而影響到·OH的生成速率，最終影響到對有機污染物的處理效率。目前，該技術采用的粒子電極催化劑填料，尚存在原料成本太高，機械強度較差，其中各成分之間的協同效應不夠強等缺陷。可見，粒子電極催化劑填料還有很大的性質改進的空間。
發明內容
本發明的目的是克服上述粒子電極催化劑填料存在的問題，提供一種廉價的，機械強度較高的三維電極粒子電極催化劑填料。
本發明的另一個目的是提供上述三維電極的粒子電極催化劑填料的制備方法。
本發明的三維電極的粒子電極催化劑填料，由活性炭、粘結劑和引發劑組成，按重量百分比計算，其中活性炭50-54％，粘結劑14-19％，引發劑含有13-16％鐵的氧化物，12-15％銅的氧化物，4-7％錳的氧化物，1-1.5％鋅的氧化物，0.5-1％鋯的氧化物，0.5-1％鈰的氧化物。
上述的粘結劑為木質素磺酸鈣。
上述的三維電極的粒子電極催化劑填料的制備方法，具體如下所示按所需配比將引發劑、活性炭以及粘結劑加水混合均勻，擠壓切粒，自然干燥，然后在450±30℃和缺氧條件下，加熱炭化、活化2-3小時。
本發明的三維電極粒子電極催化劑填料，其顆粒大小為4-6mm。
本發明的三維電極的粒子電極催化劑填料，作為一種三維電極反應器填充的粒子電極，可用于高效處理有機廢水。利用羥基自由基處理有機廢水有三個必需的條件一是激發能，二是引發劑，三是適當的反應條件。本發明作為一種三維電極反應器填充的粒子電極，以廉價電能作為激發能。通入的空氣在脈沖直流電的激發下，在粒子電極上發生兩電子還原，產生具有一定氧化性的初生態H2O2。這些初生態H2O2在粒子電極中的由多種過渡金屬氧化物組成的引發劑的催化下，產生氧化性極強的羥基自由基，其產生的歷程如下1、H2O2的產生吸附在催化劑表面的O2通過捕獲電子，形成過氧自由基離子·O2-，然后通過在溶液的一系列反應形成H2O2(1)(2)或(4)(3)(5)2、·OH的生成(6)或(7)粒子電極中各種過渡金屬氧化物在·OH產生的過程中的作用各有不同。鋅、銅的氧化物對吸附在催化劑上的O2進行富集活化，對H2O2的產生有促進作用；鐵、錳的氧化物起到類似Fenton試劑的作用，促進H2O2分解，生成·OH；鈰、鋯的氧化物防止Zn、Cu從催化劑上過量溶出，保持Zn-Cat、Cu-Cat的活性。
從上面的分析可知，本發明的三維電極的粒子電極催化劑填料中，多種過渡金屬氧化物的協同作用起到充分利用激發電能和通入空氣的作用。并不是所有的O2都能變成H2O2，但有些金屬氧化物只能利用H2O2生成·OH，有些則能直接利用O2生成·OH，有些能直接在粒子電極上產生高價態氧化劑，還有些則能防止其他成分的溶出損失。因此，將這些過度金屬氧化物按所需配比制備而成的三維電極催化劑填料，充分利用了激發電能和通入的廉價的空氣，作為一種三維電極反應器填充的粒子電極，能現場產生更多的強氧化劑·OH，能更有效的氧化分解有機污染物為CO2和水等無機物。
本發明的有益效果本發明的三維電極粒子電極催化劑填料，作為一種三維電極反應器填充的粒子電極，它既可以用于高濃度和生物難降解的有機廢水的前處理，使之分解為分子量較小的易于微生物降解的有機物，從而大大提高廢水的可生化性；也可用于廢水生化工藝的后處理，以確保廢水的達標排放。采用本發明的催化劑填料填充三維電極反應器的粒子電極，投資少，能耗及維護費用低，COD去除率大于75％，處理每噸廢水的電耗僅需0.3～0.5kw；運行費用通常低于1元人民幣，同時具有絮凝、除臭、殺菌等功能，社會效益和經濟效益顯著，應用前景廣闊。
圖1是三維電極反應器的結構示意圖；圖2是新舊填料清除COD的效果對比圖；其中，圖1中，1為電極陰極，2為電極陽極，3為粒子電極。
具體實施例方式
實施例1按重量百分比計算，以50％活性炭為基體，以13％氧化鐵，12％氧化銅，4％氧化錳，1％氧化鋅，0.5％氧化鋯，0.5％氧化鈰為引發劑，以19％木質素磺酸鈣為粘結劑加水混合均勻，然后擠壓切粒，再自然風干，最后在430℃和缺氧的條件下，加熱炭化、活化2個小時，制成粒徑為4-6mm的粒子電極。
實施例2
按重量百分比計算，以50.5％活性炭為基體，以13.5％氧化鐵，12.5％氧化銅，4％氧化錳，1.2％氧化鋅，0.6％氧化鋯，0.7％氧化鈰為引發劑，以17％木質素磺酸鈣為粘結劑加水混合均勻，然后擠壓切粒，再自然風干，最后在470℃和缺氧的條件下，加熱炭化、活化3個小時，制成粒徑為4-6mm的粒子電極。將合成的催化劑填料填充粒子電極，在空氣流量60L/h，電壓30V，pH4.27和反應時間10-60min的條件下，對CODCr為618mg/L的鄰苯二甲酸氫鉀廢水的處理效果。并在相同條件下，與使用傳統的三維電極催化劑填料(舊填料)的處理效果進行比較。結果如圖2所示，這說明本發明的三維電極催化劑填料比傳統的三維電極催化劑填料相比，更能充分利用激發電能和通入的空氣，產生更多的強氧化劑·OH，從而能更有效的氧化分解有機污染物。
權利要求
1.一種三維電極的粒子電極催化劑填料，由活性炭、粘結劑和引發劑組成，按重量百分比計算，其中活性炭50-54％，粘結劑14-19％，引發劑含有13-16％鐵的氧化物，12-15％銅的氧化物，4-7％錳的氧化物，1-1.5％鋅的氧化物，0.5-1％鋯的氧化物，0.5-1％鈰的氧化物。
2.如權利要求1所述的三維電極的粒子電極催化劑填料，其特征在于所述的粘結劑為木質素磺酸鈣。
3.一種如權利要求1或2所述的三維電極的粒子電極催化劑填料的制備方法，具體如下所示按所需配比將引發劑、活性炭以及粘結劑加水混合均勻，擠壓切粒，自然干燥，然后在450±30℃和缺氧條件下，加熱炭化、活化2-3小時。
全文摘要
本發明公開了一種三維電極的粒子電極催化劑填料及其制備方法。本發明的三維電極的粒子電極催化劑填料，由活性炭、粘結劑和引發劑組成，按重量百分比計算，其中活性炭50－54％，粘結劑14－19％，引發劑含有13－16％鐵的氧化物，12－15％銅的氧化物，4－7％錳的氧化物，1－1.5％鋅的氧化物，0.5－1％鋯的氧化物，0.5－1％鈰的氧化物。本發明的三維電極粒子電極催化劑填料，投資少，能耗及維護費用低，COD去除率大于75％，處理每噸廢水的電耗僅需0.3～0.5kw；運行費用通常低于1元人民幣，同時具有絮凝、除臭、殺菌等功能，社會效益和經濟效益顯著，應用前景廣闊。
文檔編號C02F1/72GK1669942SQ20041007770
公開日2005年9月21日 申請日期2004年12月28日 優先權日2004年12月28日
發明者陳衛國, 張卓恒, 朱錫海, 李敏霞, 奉夏平 申請人:中山大學