CN106007720A - 一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷及制备方法，按质量份数计，首先将碳化硅微粉60～90份、零价铁粉5～25份、玻璃粉1～5份、碳粉3～20、石墨1～8份、乙二醇0.1～0.5份、聚丙烯酸铵0.1～0.5份、聚乙烯醇2～10份以及水混合均匀，然后喷雾造粒，再制造坯体，最后在氮气保护下，在1350～1400℃下烧结1小时后降至室温，得到污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。该陶瓷复合了零价铁，零价铁由于具有低毒、廉价、易操作而且对环境友好不会产生二次污染等优点。本发明工艺简单，成本低廉，可规模化生产和应用于实际污水处理项目，克服了现有技术中处理效果不明显、不彻底、造成二次污染的问题。

Description

一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷及制备方法
技术领域
本发明属于环保材料制备技术领域，涉及一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷及制备方法。
背景技术
碳化硅具有低密度、高强度、抗腐蚀、抗氧化、良好的导热性、耐高温等特点，零价铁能够比较容易的失去电子，具有良好的还原性。两种材料复合形成一种内部结构中有很多孔隙的新型功能材料后，可以在污水处理领域得到较广泛的应用。
制备碳化硅多孔陶瓷具有多种工艺方法，包括纤维拉丝工艺、有机泡沫浸渍工艺、化学沉积工艺等，但这些方法比较复杂，不容易进行大规模进行工业化生产，成本较高。
传统污水处理及污染土壤处理，需过滤、中和反应、树脂吸附、化学沉降等系列复杂过程，工作量大，处理效果不明显，不彻底，甚至造成二次污染，
发明内容
本发明的目的在于提供一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷的制备方法，该方法工艺简单，可连续进行工业化生产，成本低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷的制备方法，按质量份数计，首先将碳化硅微粉60～90份、零价铁粉5～25份、玻璃粉1～5份、碳粉3～20、石墨1～8份、乙二醇0.1～0.5份、聚丙烯酸铵0.1～0.5份、聚乙烯醇2～10份以及水混合均匀，然后喷雾造粒，再制造坯体，最后在氮气保护下，在1350～1400℃下烧结1小时后降至室温，得到污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。
水与碳化硅微粉的质量比为1:1。
混合均匀是通过在球磨机中球磨实现的。
球磨时间为48小时。
以2℃/min的升温速率升温至1350～1400℃。
烧结是在真空烧结炉中进行的。
喷雾造粒时，进口温度为200～230℃，出口温度为180～200℃。
制造坯体是在200MPa下进行的。
一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷，该碳化硅复合零价铁多孔陶瓷中碳化硅质量百分数为50％～90％，零价铁质量百分数为5％～25％，孔隙率为5％～70％。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明以碳化硅微粉、零价铁粉、玻璃粉、碳粉、石墨、乙二醇、聚乙烯醇以及水为原理，采用常压真空烧结制备碳化硅复合零价铁多孔陶瓷，该多孔陶瓷搭载了高活性生物催化剂碳化硅，由于液体介质中碳化硅优异的吸收微波性能，定向使得催化剂温度升高，而不整体加热废水或污染土壤造成高能耗，另外该陶瓷复合了零价铁，零价铁由于具有低毒、廉价、易操作而且对环境友好不会产生二次污染等优点。并且由于零价铁化学性质活泼，电负性很大，电极电位为-0.44V，具有较强的还原能力，可将金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来并沉积在铁表面，还可以将氧化性较强的离子或化合物及某些有机物还原，所以使其在水污染治理中应用越来越广泛。本发明工艺简单，成本低廉，可规模化生产和应用于实际污水处理项目，克服了现有技术中处理效果不明显、不彻底、造成二次污染的问题。
本发明的复合材料中碳化硅占比50％～90％(质量百分比)，零价铁占比5％～25％(质量百分数)，孔隙率为5％～70％。
具体实施方式
下面通过具体实施例对对本发明进行说明。
实施例1
将去离子水100Kg、碳化硅微粉100Kg、零价铁粉10Kg、玻璃粉2Kg、碳粉5Kg、石墨5Kg、乙二醇500mL、聚乙烯醇3.5Kg，聚丙烯酸铵水溶液(质量分数为20％)600mL放入球磨机中球磨48小时，过滤，喷雾造粒(进口温度为200～230℃，出口温度为180～200℃)，用200MPa压机压制坯体，放入真空烧结炉中，同时通入高纯氩气，以2℃/min的升温速率逐步升温至1350℃，并保持1小时后降至室温，最终形成孔隙率为35％的碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。
实施例2
将去离子水150Kg、碳化硅微粉150Kg、零价铁粉10Kg、玻璃粉3Kg、碳粉10Kg、石墨15Kg、乙二醇750mL、聚乙烯醇10Kg，聚丙烯酸铵水溶液(质量分数为20％)950mL放入球磨机中球磨48小时，过滤，喷雾造粒，用200MPa压机压制坯体，放入真空烧结炉中，同时通入高纯氩气，以2℃/min的升温速率逐步升温至1350℃，并保持1小时后降至室温，最终形成孔隙率为45％的碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。
实施例3
将去离子水150Kg、碳化硅微粉150Kg、零价铁粉15Kg、玻璃粉5Kg、碳粉10Kg、石墨10Kg、乙二醇800mL、聚乙烯醇12Kg、聚丙烯酸铵水溶液(质量分数为20％)1000mL放入球磨机中球磨48小时，过滤，喷雾造粒，用200MPa压机压制坯体，放入真空烧结炉中，同时通入高纯氩气，以2℃/min的升温速率逐步升温至1350℃，并保持1小时后降至室温，最终形成孔隙率为57％的碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。
实施例4
按质量份数计，首先将碳化硅微粉80份、零价铁粉5份、玻璃粉5份、碳粉15份、石墨1份、乙二醇0.1份、质量分数为20％的聚丙烯酸铵水溶液(聚丙烯酸铵水溶液中含有0.5份的聚丙烯酸铵)、聚乙烯醇2份以及去离子水80份在球磨机中球磨48h，混合均匀，然后喷雾造粒，喷雾造粒时进口温度为200℃，出口温度为200℃；再于200MPa下制造坯体，最后在氮气保护下，在真空烧结炉中以2℃/min的升温速率升温至1350℃并在该温度下烧结1小时后降至室温，得到污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。该陶瓷的孔隙率为5％。
实施例5
按质量份数计，首先将碳化硅微粉90份、零价铁粉12份、玻璃粉1份、碳粉20份、石墨3份、乙二醇0.2份、质量分数为20％的聚丙烯酸铵水溶液(聚丙烯酸铵水溶液中含有0.4份的聚丙烯酸铵)、聚乙烯醇4份以及去离子水60份在球磨机中球磨48h，混合均匀，然后喷雾造粒，喷雾造粒时进口温度为210℃，出口温度为190℃；再于200MPa下制造坯体，最后在氮气保护下，在真空烧结炉中以2℃/min的升温速率升温至1400℃并在该温度下烧结1小时后降至室温，得到污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。该陶瓷的孔隙率为70％。
实施例6
按质量份数计，首先将碳化硅微粉60份、零价铁粉25份、玻璃粉2份、碳粉9份、石墨5份、乙二醇0.4份、质量分数为20％的聚丙烯酸铵水溶液(聚丙烯酸铵水溶液中含有0.3份的聚丙烯酸铵)、聚乙烯醇7份以及去离子水90份在球磨机中球磨48h，混合均匀，然后喷雾造粒，喷雾造粒时进口温度为220℃，出口温度为180℃；再于200MPa下制造坯体，最后在氮气保护下，在真空烧结炉中以2℃/min的升温速率升温至1360℃并在该温度下烧结1小时后降至室温，得到污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。该陶瓷的孔隙率为20％。
实施例7
按质量份数计，首先将碳化硅微粉70份、零价铁粉3份、玻璃粉4份、碳粉20份、石墨8份、乙二醇0.5份、质量分数为20％的聚丙烯酸铵水溶液(聚丙烯酸铵水溶液中含有0.1份的聚丙烯酸铵)、聚乙烯醇10份以及去离子水70份在球磨机中球磨48h，混合均匀，然后喷雾造粒，喷雾造粒时进口温度为230℃，出口温度为185℃；再于200MPa下制造坯体，最后在氮气保护下，在真空烧结炉中以2℃/min的升温速率升温至1380℃并在该温度下烧结1小时后降至室温，得到污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。该陶瓷的孔隙率为55％。
本发明制备的污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷中碳化硅质量百分数为50％～90％，零价铁质量百分数为5％～25％，孔隙率为5％～70％。
本发明公开了一种污水处理用碳化硅复合零价铁陶瓷的制备方法，包括以下步骤：首先将去离子水、碳化硅微粉、零价铁粉、玻璃粉、碳粉、石墨、乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸铵放入球磨机中球磨48小时，过滤，喷雾造粒，坯体制作，放入真空烧结炉中，同时通入高纯氩气，以2℃/min的温速率逐步升温至1350～1400℃，并保持1小时后降至室温，最终形成碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。该方法工艺简单，可连续工业化生产。
对于传统污水处理及污染土壤处理，需过滤、中和反应、树脂吸附、化学沉降等系列复杂过程，工作量大，处理效果不明显，不彻底，甚至造成二次污染的问题，本发明采用常压真空烧结制备碳化硅复合零价铁多孔陶瓷，搭载高活性生物催化剂，由于液体介质中碳化硅优异的吸收微波性能，定向使得催化剂温度升高，而不整体加热废水或污染土壤造成高能耗，另外该陶瓷复合了零价铁，零价铁由于具有低毒、廉价、易操作而且对环境友好不会产生二次污染等优点。使其在水污染治理中应用越来越广泛，零价铁化学性质活泼。电负性很大。电极电位Eo(Fe2+/Fe)＝-0.44V，具有较强的还原能力，可将金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来并沉积在铁表面，还可以将氧化性较强的离子或化合物及某些有机物还原。工艺简单，成本低廉，可规模化生产和应用于实际污水处理项目。

Claims (9)

1.一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，按质量份数计，首先将碳化硅微粉60～90份、零价铁粉5～25份、玻璃粉1～5份、碳粉3～20份、石墨1～8份、乙二醇0.1～0.5份、聚丙烯酸铵0.1～0.5份、聚乙烯醇2～10份以及水混合均匀，然后喷雾造粒，再制造坯体，最后在氮气保护下，在1350～1400℃下烧结1小时后降至室温，得到污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，水与碳化硅微粉的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，混合均匀是通过在球磨机中球磨实现的。
4.根据权利要求3所述的一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，球磨时间为48小时。
5.根据权利要求1所述的一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，以2℃/min的升温速率升温至1350～1400℃。
6.根据权利要求1所述的一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，烧结是在真空烧结炉中进行的。
7.根据权利要求1所述的一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，喷雾造粒时，进口温度为200～230℃，出口温度为180～200℃。
8.根据权利要求1所述的一种污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，制造坯体是在200MPa下进行的。
9.一种根据权利要求1所述方法制备的污水处理用碳化硅复合零价铁多孔陶瓷，其特征在于，该碳化硅复合零价铁多孔陶瓷中碳化硅质量百分数为50％～90％，零价铁质量百分数为5％～25％，孔隙率为5％～70％。
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