CN106219692B - 一种作为水体除磷滤料的电化石及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种作为水体除磷滤料的电化石及其制备方法，所述电化石的组分及体积配比为：金属材料0.5~30%、粘结剂0.5~80%、活化剂1~40%、催化剂0.5~15%；所述滤料的制备方法包括对所述滤料的组分进行微细化、纳米化处理，微细化、纳米化处理后组分的细度不小于300目；将微细化、纳米化处理后的组分混合均匀；将混匀的材料进行免烧结挤压（液压）成型；对成型产品进行养护干燥和包装。与现有技术相比，本发明很好的解决了除磷方法中存在的金属钝化、造价昂贵和时效性欠缺等问题。

Description

一种作为水体除磷滤料的电化石及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种滤料，尤其涉及一种作为水体除磷滤料的电化石及其制备方法。
背景技术
“水体富营养化”已是尽人皆知的环境污染元凶之一。人类日益发展的生产与生命活动，向水体提供了丰富的N、P营养源—即富营养化，结果导致了藻类的过度繁殖。特别是磷，除藻重在除磷，即景观水体净化重在除磷。
除磷的方法包括物化法、生化法、生物法及自然处理等。物化法常用化学沉淀、离子交换、电解气浮、吸附剂吸附及深层过滤等，但此类方法成本高，操作麻烦，难以持续；生化法常用活性污泥法，也可采用培养藻类摄取磷后将其分离，或者培养铁细菌沉淀高铁磷酸盐等方法，但此类方法受到C/N、C/P、阳光等条件的限制，难以持续有效的去除磷；生物法如培养食藻虫等，效果明显，但是藻被食尽虫也亡，难以为继，还存在季节问题，水生物则会因腐烂形成二次污染；自然处理利用湿地或人工湿地、土壤吸附渗滤等，效果好，但需要很好地管理且条件难寻。
中国专利CN104920465A公开了一种用于抑制藻类生长的组合物，其简单、高效、适用范围广且优于上述除磷方法，此组合物以铁屑等金属原料、活性炭等非金属为主体，混配催化剂、有机粘合剂、成孔剂等成分，经成型、干燥、高温绝氧烧结等处理，其能在含磷废水通过时，利用内电解原理，进行超常的电化学反应，Fe+3+PO4 -3=FePO4↓
3Fe+2+2PO4 -3=Fe(PO4)2↓
……
把水溶性的正磷变为非水溶性的金属磷酸盐而析出，因此它能应用在污水处理升级改造、景观及河道水除藻净化等广阔领域。但此类抑制藻类生长的组合物存有以下弊病：成分价格昂贵，处理工序设备昂贵，绝氧烧结造价太高；金属元素在有水有氧的环境下极易氧化即钝化，需要经常酸洗再生，有效运行时间较短，即时效性较短，不易推广使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种作为水体除磷滤料的电化石及其制备方法，其可有效的克服钝化问题和时效性问题，除磷效果优异，大幅度降低制造成本，利于推广使用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种作为水体除磷滤料的电化石，组分及体积配比为：
金属材料 0.5~30%；
粘结剂 0.5~80%；
活化剂 1~40%；
催化剂 0.5~15%。
优选的，上述金属材料为铁、铝、镁中的至少一种。
优选的，上述粘结剂为水泥、精土、水玻璃、活性炭、焦炭中的至少一种。
优选的，上述活化剂为铁、铝、镁、锌、铜的强酸盐中的至少一种；
优选的，上述催化剂为还原载体催化剂，其中载体为铁金属或非金属颗粒，载体上负载金属铜。
优选的，上述电化石的形状为椭球型或比表面积尽可能大的其它形体。
优选的，上述活化剂的投配比例为＜50%，采用上述活化剂，可有效地降低发生电化反应的局部的P H值，使局部水体保持酸性，创造电化反应的适宜条件，还能提供生成非水溶性磷酸盐的金属元素，助力水体除磷：
Al2(SO4)3=2AI3++3SO4 2-
Al3++H2O=Al(OH)2++H+
Al(OH)2++H2O=Al(OH)+ 2+H+
Al(OH)+ 2+H2O=Al(OH)3+H+
Al3++PO4 -3=AlPO4↓
更优选的，上述电化石的组分及体积配比为：
金属材料：铁粉10~20%或铝粉5~10%或镁粉5~10%；
粘结剂：水泥10~20%、精土5~10%、水玻璃5~10%、活性炭或焦炭10~20%；
活化剂：硫酸亚铁10~30%或硫酸铝10~30%；
催化剂：负载金属铜5~7%。
第二方面，本发明还提供一种用于水体除磷的滤料的制备方法，包括：
步骤1：对电化石的组分进行微细化、纳米化处理；
步骤2：将步骤1处理后的组分与水进行混合均匀；
步骤3：将步骤2中混匀的材料进行免烧结挤压（液压）成型；
步骤4：对步骤3中的成型产品进行养护干燥和包装。
优选的，上述制备方法还包括还原载体催化剂的制备过程。
优选的，上述微细化、纳米化处理采用机械研磨的方式，优选球磨或对辊研磨，或选购市售成品。
优选的，上述微细化、纳米化处理后组分的细度不小于300目。
优选的，上述成型包括对辊挤压成型、液压成型。
优选的，上述还原载体催化剂的制备过程为利用废水回收处理的氧化还原除铜工艺，将铜离子还原到载体上，其包括两种加工方式：
第一种为外加电源的“液体化床电极”技术：电极为非金属材料，呈颗粒状态，伴有空气搅拌。电解液（即含铜废水）在颗粒电极间流动，在颗粒电极的表面发生电极反应（即铜离子的还原）。反应终结时，铜离子得电子变成铜元素，吸附在颗粒电极表面薄薄一层，成为需要的“电镀载体催化剂”。
颗粒阴极的还原反应式：Cu2++2e→Cu。
第二种为氧化还原“渗铁技术”：让低浓度的含铜废水，在PH≤2.5、空气搅拌的条件下，通过装有铁屑（严格除油）的滤床，铜在铁屑表面上析出，成为“还原载体催化剂”。
铁屑上的还原反应式：Cu2++Fe→Cu+Fe2+。
与现有技术相比，本发明很好的解决了除磷方法中存在的金属钝化、造价昂贵和时效性欠缺等问题，本发明的有益技术效果包括：
本发明对材料进行微细化、纳米化处理，使得颗粒直径接近纳米级别，混合后各种材料均匀密布，阴极材料与阳极材料之间距离极短，这有效克服了大块体阳极金属材料的极易钝化问题；且阴极材料与阳极材料之间电流阻力小，反应效率高；再者均匀密布的金属材料会被充分利用、消耗殆尽，时效长；
本发明采用免烧结挤压（液压）成型，节约了能源，大幅度降低加工成本且不产生烧结时产生的有毒废气、安全、更不受场地条件的限制；产品结构密实坚固、不透水、不透气，反应总是从表层开始，层层深入，贵重的金属材料能够充分利用，避免早期钝化；有着缓释作用，保证长时效；
本发明采用活化剂，其为金属强酸盐，成本低，不仅能提供局部的微酸环境，避免钝化、维持长效，还能更多地提供需要的金属元素，以助于水体除磷。
本发明采用载体催化剂替代过渡金属催化剂，其可对还原铜残液和失效电化石进行铜的回收再利用，无二次污染，且可大幅度降低制造成本，作为载体的金属铁也是除磷的有效元素。
具体实施方式
本发明的技术方案是一种作为水体除磷滤料的电化石及其制备方法，具体包括：
第一方面，本发明提供了一种作为水体除磷滤料的电化石，组分及体积配比为：
金属材料 0.5~30%；
粘结剂 0.5~80%；
活化剂 1~40%；
催化剂 0.5~15%。
在本发明的一个优选实施例中，上述金属材料为铁、铝、镁中的至少一种；上述粘结剂为水泥、精土、水玻璃、活性炭、焦炭中的至少一种；上述活化剂为铁、铝、镁、锌、铜的强酸盐中的至少一种，更具体的，上述活化剂为硫酸亚铁、硫酸铝中的至少一种；上述催化剂为还原载体催化剂，其中载体为铁金属或非金属颗粒，载体上负载金属铜；上述电化石的形状为椭球型或其它比表面积尽可能大的其它形体。
更优选的，作为水体除磷滤料的电化石的组分及体积配比为
金属材料：铁粉10~20%或铝粉5~10%或镁粉5~10%；
粘结剂：水泥10~20%、精土5~10%、水玻璃5~10%、活性炭或焦炭10~20%；
活化剂：硫酸亚铁10~30%或硫酸铝10~30%；
催化剂：负载金属铜5~7%；
第二方面，本发明提供了一种制备上述上述的任意一种用于水体除磷的滤料的方法，包括：
步骤1：对电化石的组分进行微细化、纳米化处理；
步骤2：将步骤1处理后的组分与水进行混合均匀；
步骤3：将步骤2中混匀的材料进行免烧结挤压（液压）成型；
步骤4：对步骤3中的成型产品进行养护干燥和包装。
在本发明的一个优选实施例中，上述制备方法还包括催化剂的制备过程。上述微细化、纳米化处理后组分的细度不小于300目，上述成型包括对辊挤压成型、液压成型。
以下列举部分实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述。下述实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
本发明的作为水体除磷滤料的电化石组分及体积配比为：
金属材料：铁粉10~20%；
粘结剂：水泥10~20%、精土5~10%、水玻璃5~10%、活性炭或焦炭10~20%；
活化剂： 10~30%；
催化剂：负载金属铜5~7%；
本发明的用于水体除磷的滤料的制备方法，包括：
步骤1：外加电源，电极采用非金属材料，呈颗粒状态，伴有空气搅拌。电解液（即含铜废水）在颗粒电极间流动，在颗粒电极的表面发生电极反应（即铜离子的还原）。反应终结时，铜离子得电子变成铜元素，吸附在颗粒电极表面薄薄一层，制备电镀载体催化剂；
步骤2：对电化石的组分进行微细化、纳米化处理，采用球磨的方式，球磨后材料的细度不小于300目（或选购市售成品）；
步骤3：将微细化、纳米化处理后的组分和适量的水分进行混合至均匀；
步骤4：将混匀的材料进行免烧结对辊挤压或液压成型；
步骤5：对成型产品的养护干燥。
实施例二
本发明的作为水体除磷滤料的电化石组分及体积配比
金属材料：铝粉5~10%；
粘结剂：水泥10~20%、精土5~10%、水玻璃5~10%、活性炭或焦炭10~20%；
活化剂： 10~30%；
催化剂：负载金属铜5~7%；
本发明的用于水体除磷的滤料的制备方法与实施例一相同。
实施例三
本发明的作为水体除磷滤料的电化石组分及体积配比
金属材料：镁粉5~10%；
粘结剂：水泥10~20%、精土5~10%、水玻璃5~10%、活性炭或焦炭10~20%；
活化剂： 10~30%；
催化剂：负载金属铜5~7%；
本发明的用于水体除磷的滤料的制备方法中步骤1采用市场催化剂或采用如下催化剂的制备方法：让低浓度的含铜废水，在PH≤2.5、空气搅拌的条件下，通过装有铁屑（严格除油）的滤床，铜在铁屑表面上析出，制备还原载体催化剂；其余步骤与实施例一相同。
实施例四
将实施例一至实施例三制备的电化石应用于任何需要水体除磷的装置，水体中磷浓度均低于0.5mg/L。
实施例一至实施例四的电化石的制造成本远低于烧结制备的抑藻石，运行有效时间也大于抑藻石。
通过实施例一和实施例四可知与现有技术相比，本发明很好的解决了除磷方法中存在的金属钝化、造价昂贵和时效性欠缺等问题，除磷效果优异。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种作为水体除磷滤料的电化石，其特征在于，所述电化石的组分及体积配比为：
金属材料 0.5~30%；
粘结剂 0.5~80%；
活化剂 1~40%；
催化剂 0.5~15%；
所述活化剂为铁、铝、镁、锌、铜的强酸盐中的至少一种；
所述金属材料为铁、铝、镁中的至少一种；
所述催化剂为还原载体催化剂，其中载体为铁金属，载体上负载金属铜；
所述作为水体除磷滤料的电化石的制备方法，包括：
步骤1：对电化石的组分进行微细化、纳米化处理；所述微细化、纳米化处理后组分的细度不小于300目；
步骤2：将步骤1处理后的组分与水进行混合均匀；
步骤3：将步骤2中混匀的材料进行免烧结成型；所述免烧结成型包括对辊挤压成型、液压成型；
步骤4：对步骤3中的成型产品进行养护干燥和包装。
2.根据权利要求1所述的电化石，其特征在于，所述粘结剂为水泥、精土、水玻璃、活性炭、焦炭中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电化石，其特征在于，所述电化石的形状为椭球型及比表面积大的其它形体。
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