一種高效降解布洛芬電催化粒子電極及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于廢水處理技術領域，特別涉及一種用于處理城市污水中布洛芬的電催化粒子電極及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的發展，城市污水中目前廣泛存在來自工業廢水中的重金屬、酚類化合物以及其它不可生物降解的新興有機污染物質，這些物質普遍認為對人體和環境具有毒性。一方面傳統污水處理工藝不能有效去除，帶給受納水體及剩余污泥處置地的二次污染，進而影響給水廠水源和當地地下水水質；另一方面，常規的給水處理工藝混凝、沉淀、過濾對其中一部分物質并沒有明顯的效果。雖然高級氧化及膜分離可以有效地去除水中部分新興有機污染物質，但因諸多原因并未在給水處理中應用，有毒新興有機污染物質一旦進入水源必威脅用水安全。為了減輕此類污染物對人類健康地危害，尋找適合我國國情且經濟有效的城市污水深度處理技術來去除這些污染物迫在眉睫。
[0003]布洛芬、雙氯芬酸、酮洛芬、萘普生、氯貝酸等新興有機物均在污水處理廠進出水均檢測出，5種藥品的平均濃度分別為:1380ng/L、320ng/L、25.3ng/L、58.2ng/UP81.4ng/L，且在曝氣生物濾池中，布洛芬的去除效果最好，去除率也僅有20%。布洛芬(Ibuprofen)是一種兒童退燒藥，具有抗炎、鎮痛、解熱作用，適用于治療風濕性關節炎、類風濕性關節炎、骨關節炎、強直性脊椎炎和神經炎等，中文別名為2-(-4-異丁基苯基)丙酸，其為白色或類白色粉末，熔點77?78?，沸點157%，分子式SC13H18O2，分子量為206.28，在環境受納水體中均被頻繁檢出、且檢出濃度相對較高，具有潛在的生態毒性，是目前最受關注的PPCPs類污染物，其均為芳香雜環化合物，屬于難生物降解的有機物，傳統的污水處理方法(如A2/0、吸附、紫外等方法)以及常規的混凝、沉淀、過濾給水處理工藝都不能夠有效去除。
[0004]復極性三維電極是一種新型的高級氧化方法，能夠在催化劑的作用下在粒子電極表面生成具有強氧化性的羥基自由基和過氧化氫等物質，是降解有機物污染物的關鍵物質。復極性三維電極降解廢水中的有機污染物技術至今未能實現工業化，其主要原因是電流效率低，能耗高，處理難降解有機物的難點在于兩個“時間”問題:一是處理降解有機物的電催化速度和效率如何提高；另一個是電極壽命問題，即電極的穩定性如何提高。對于前者，要從研制高電催化活性的粒子電極和有效的反應器設計入手來解決;對于后者，則要從粒子電極的結構和制備方法入手去研究。目前常用的幾種粒子電極包括活性炭、金屬氧化物以及負載的金屬或金屬氧化物，然而這些粒子電極存在如下問題:活性炭顆粒的阻抗相對較小，裝填于三維電極反應器中運行時容易形成短路電流，從而降低電流效率，并且活性炭粒子在電解過程中還會出現粉化現象;金屬氧化物粒子電極在電解過程中會有一些有毒的離子溶出，會成為二次污染物，例如PbO2粒子電極;負載的金屬或金屬氧化物克服了活性炭粒子電極的缺點，提高了水處理效果，但也存在負載金屬易于脫落等問題。因此，本發明要解決的技術問題是針對城市污水處理廠出水中難處理物質布洛芬，提供一種具有高效降解布洛芬的持久性電催化粒子電極及制備方法，以解決現有污水技術處理布洛芬低、粒子電極穩定性不夠、壽命短、電極材料成本較高的問題。
【發明內容】
[0005]本發明針對以上問題，提供一種高效降解布洛芬電催化粒子電極及其制備方法。本發明所提供的粒子電極材料作為三維電極反應器的工作電極，可有效降解城市污水處理廠出水中難處理物質布洛芬，且電流效率高，能耗低，粒子電極壽命長。
[0006]本發明的技術方案之一是提供一種具有高效降解布洛芬電催化粒子電極，由干燥錳系鐵合金渣顆粒、干燥細粘土、成孔劑、活化劑、負載劑構成。
[0007]所述成孔劑可以是炭粉、鋸末肩、淀粉中的一種。
[0008]所述活化劑可以是Fe304、Fe203、Mn02、Cu0中的一種。
[0009]所述錳系鐵合金渣是在生產錳系合金的過程中，每生產It錳系合金將產生1.2?
1.5t錳渣，全國錳系合金年產量已超過800萬t，產生錳渣量在1000萬t，錳系鐵合金渣富含MnO，高達10%以上，是一種冶金廢棄物。
[0010]所述負載劑是SnCU.5H20和Mn(NO3)2。
[0011]本發明的技術方案之二是提供一種具有高效耐久性電催化功能的粒子電極的制備方法，包括以下步驟:
A、錳系鐵合金渣顆粒于球磨機中球磨，取出后先后在稀酸(10%鹽酸)、稀堿(10%氫氧化鈉)中煮沸半小時，再用蒸餾水沖洗、浸泡，于烘箱內105°C下烘干，然后過60目篩，取干燥細錳系鐵合金渣顆粒備用；
B、粘土放于烘箱內105°C烘干，將烘干的粘土在研缽中粉碎，然后過60目篩，取干燥細粘土備用；
C、將步驟A中的干燥細錳系鐵合金渣顆粒、步驟B中的干燥細粘土、成孔劑和活化劑按照一定的重量百分比，混合并攪拌均勻，制備混合生料；
D、將SnCU.5H20和Mn(NO3)2以物質的量比為82:45溶于鹽酸中，再加入無水乙醇配成溶液，攪拌均勻，得到溶膠；
E、將步驟C中的混合生料浸漬于步驟D中得到的溶膠中4h，再于烘箱內105°C下烘干，冷卻至室溫，制備負載生料；
F、將步驟E中的負載生料擠壓成生料球，并在烘箱中120°C下烘24小時；
G、將步驟F中烘干后的生料球，置于高溫爐中從室溫以120°C/h升至3000C，加熱2h，然后以60°C/h升至550°C，活化10-30min,再以300°C/h升至850°C焙燒10_30min，自然冷卻至室溫，得到新型高效持久性電催化粒子電極。
[0012]混合生料按照重量百分比計，干燥細錳系鐵合金渣顆粒占50-60%、干燥細粘土占10-20%、成孔劑占10-20%、活化劑占10-20%。
[0013]所述成孔劑可以是炭粉、鋸末肩、淀粉中的一種。
[0014]所述活化劑可以是Fe304、Fe203、Mn02、Cu0中的一種。
[0015]所述錳系鐵合金渣是在生產錳系合金的過程中，每生產It錳系合金將產生1.2?
1.5t錳渣，全國錳系合金年產量已超過800萬t，產生錳渣量在1000萬t，錳系鐵合金渣富含MnO，高達10%以上，是一種冶金廢棄物。
[0016]通過上述制備方法制備的高效降解布洛芬電催化粒子電極，取固體廢棄物為錳系鐵合金渣。猛系鐵合金渣中富含具有電催化作用的MnO，與成孔劑、活化劑混合在一起后，能夠產生良好的電催化反應，使顆粒表面形成多孔狀態，具有較好的吸附性能，能夠導電，具有一定的催化性能，制備工藝采用先負載再成型的工藝流程，可以保證粒子電極的使用壽命，同時在電解過程中產生有強氧化性的羥基自由基和過氧化氫等物質，電解槽內的溶解氧在陽極上被還原成H202。布洛芬一方面和活性中間體發生電化學燃燒，被礦化為0)2和H2O;另一方面和活性中間體發生電化學轉化，有機物被氧化為一系列的低碳中間產物。而且，冶金過程中產生的廢棄物錳系鐵合金渣，其堆放不僅需要資金和大面積堆場，而且污染環境。利用錳系鐵合金渣制作三維電極用