一种用于净化水族箱水质的催化剂填料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种用于净化水族箱水质的催化剂填料及其制备方法和用途，所述催化剂填料包括铁元素、碳元素、镍元素和稀土元素；各元素在催化剂填料中的含量按质量百分比计为：铁元素30wt％～70wt％；碳元素20wt％～50wt％；镍元素1wt％～10wt％；稀土元素0.1wt％～2wt％。本发明专利技术所述催化剂填料在使用环境下，可以产生羟基并解离出微量元素离子，可以降解水体中的亚硝酸盐、有机胺以及有机硫化物，并使磷酸转化为沉淀，经过羟基处理的有机分子更易于被反硝化细菌利用，从而提升反硝化脱氮效率，使水体得到净化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于净化水族箱水质的催化剂填料及其制备方法和用途
本专利技术属于水质净化领域，涉及一种催化剂填料及其制备方法和用途，尤其涉及一种用于净化水族箱水质的催化剂填料及其制备方法和用途。
技术介绍
水族箱是专门用于饲养观赏鱼类、珊瑚、水草及其它水生生物的水箱。水族箱内养殖的生物多用于观赏类目的，其对水族箱内水质要求严格。同时，水族箱的生态系统较为简单，对养殖水族生物过程中产生的亚硝酸盐、氨氮和磷酸盐等有害污染物实现同步净化。上述含氮、磷的污染物一方面对鱼类等水生物有直接毒害作用，另一方面也引发水质富营养化使藻类大量繁殖耗尽水中氧气。故使用水族箱进行水族生物养殖过程中需要使用辅助措施对蓄积的污染物质进行清除。。目前常规的水族箱水质控制方法是通过少量多次换水，实现移除污染物的目的。然而换水需要人力和时间，缺陷明显。使用活性炭或陶瓷过滤原理的水族箱的净化器只能进行物理过滤去除固体污染物，不能去除亚硝酸盐、有机胺、有机硫化物和磷酸根等。而普通生物滤床净化效率较低，难以适应水质突发变化和积累有害菌等情况。CN103781730A公开了一种用于净化水族箱中水的装置，其包括电化学絮凝反应器；该电化学絮凝反应器包含可操作来将该水族箱中的氨态氮、亚硝酸盐和/或硝酸盐转变成氮气的钛基电极、以及适于产生羟基基团的碳基催化剂。其虽然公开了在水族箱中添加碳基催化剂，但其采用的碳基催化剂基体为活性炭颗粒，并且该碳基催化剂需要在电极驱动下使用。单独使用催化剂存在羟基产生较慢，净化能力较弱，净化不彻底等问题，同时该装置结构复杂，钛基电极成本高，在水族箱内使用有漏电危险。
技术实现思路
针对关于现有水族箱净化中存在的技术问题，本专利技术提供了一种用于净化水族箱水质的催化剂填料及其制备方法和用途。本专利技术所述催化剂填料在使用环境下，可以通过原电池效应产生羟基并解离出微量元素离子，实现降解水体中的亚硝酸盐、有机胺以及有机硫化物，并使磷酸根转化为沉淀，经过羟基处理的有机分子更易于被反硝化细菌利用，从而提升反硝化脱氮效率，使水体得到净化。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种用于净化水族箱水质的催化剂填料，所述催化剂填料包括铁元素、碳元素、镍元素和稀土元素；其中，各元素在催化剂填料中的含量按质量百分比计为：其中，所述铁元素的含量可30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％或70wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；所述碳元素的含量可20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；所述镍元素的含量可为1wt％、3wt％、5wt％、7wt％或10wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；所述稀土元素的含量可为0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％、0.7wt％、1wt％、1.3wt％、1.5wt％、1.7wt％或2wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，所述催化剂填料中各元素以金属单质、合金或氧化物形态存在，各元素的存在形态有利于强化微电解作用。本专利技术中，所添加的镍和稀土元素可以起到传递电子的作用，强化微电解作用，但镍元素和稀土元素的用量不能过多，需要控制在合理范围内，若镍元素添加过多会造成催化剂失活，稀土元素添加过多会造成催化剂使用寿命下降。本专利技术所述催化剂填料，在用于水族箱时，不需要额外电极激发，即可达到良好的净化效果。在使用环境下，通过原电池效应产生的微电解电流，可以产生羟基并解离出微量元素离子，降解亚硝酸盐、有机胺、有机硫化物和使磷酸转化为沉淀，经过羟基处理的有机分子更易于被反硝化细菌利用，从而提升反硝化脱氮效率。本专利技术中，通过添加镍和稀土等元素，强化催化剂填料在水族箱这一特殊环境下构成原电池的能力，强化了羟基产生速率。同时，本专利技术所述催化剂填料摒弃了传统的铁碳催化剂填料中常用的铜、锌、铬等元素，消除了传统微电解催化剂填料对水族箱生物的毒化作用。本专利技术所述催化剂填料在水族箱中微量溶出的铁和稀土元素可以与水族箱污水中的游离态磷结合形成沉淀物，从而达到改善水族箱水质，降低换水频率的作用。该催化剂填料与生物滤床结合使用时，催化剂填料产生的羟基能促使水中难被生物利用的大分子有机物断键，从而成为反硝化细菌的养料，同时起到降低浴缸内有机污染物和脱除硝基和氨态氮的效果。本专利技术所述催化剂填料在使用环境下，电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，发生电化学反应，反应原理如下：阳极反应：Fe–2e→Fe2+Fe2++O2+H2O→Fe(OH)3+H+阴极反应：H+e→HadsHads+O2→·OH对水族箱中污染物净化：NO2-+·OH→NO3-+H2OPO43-+Fe(OH)3→FePO4↓+H2OCOD+·OH→BOD所述催化剂填料与生物滤床结合使用时，生物滤床中发生的硝化和反硝化反应如下：NH3/NH4++O2→NO3-NO3-+BOD→N2↑+H2O以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，各元素在催化剂填料中的含量按重量百分比计为：作为本专利技术优选的技术方案，所述稀土元素包括Ce、La或Pr三种元素中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：Ce和La的组合，La和Pr的组合，Ce和Pr的组合，Ce、La和Pr的组合等，但并不仅限于所述三种稀土元素，上述三种稀土元素达到的效果较优。优选地，所述催化剂填料中不包含对水族生物有害的铜、锌和铬元素。作为本专利技术优选的技术方案，所述催化剂填料还包括铝元素和/或硅元素。本专利技术中添加铝元素和/或硅元素可以为催化剂提供支撑，起到造孔和防止催化剂板结的作用。优选地，所述铝元素的添加量占催化剂填料总质量的1wt％～10wt％，例如1wt％、3wt％、5wt％、7wt％或10wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2wt％～5wt％。优选地，所述硅元素的添加量占催化剂填料总质量的1wt％～10wt％，例如1wt％、3wt％、5wt％、7wt％或10wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为2wt％～3wt％。优选地，所述催化剂填料包括铁元素、碳元素、镍元素、稀土元素、铝元素和硅元素，各元素在催化剂填料中的含量按质量百分比计为：第二方面，本专利技术提供了上述催化剂填料的制备方法，所述方法包括以下步骤：将前驱体原料混合造粒，在还原气氛的条件下进行煅烧，然后在还原气氛下冷却得到催化剂填料。作为本专利技术优选的技术方案，所述前驱体原料包括铁源、碳源、镍源和稀土元素源。优选地，所述铁源包括铁屑、铁粉或氧化铁渣中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：铁屑和铁粉的组合，铁粉和氧化铁渣的组合，铁屑和氧化铁渣的组合，铁屑、铁粉和氧化铁渣的组合等。优选地，所述碳源包括碳粉、纤维素粉或甲基纤维素粉中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于净化水族箱水质的催化剂填料，其特征在于，所述催化剂填料包括铁元素、碳元素、镍元素和稀土元素；其中，各元素在催化剂填料中的含量按质量百分比计为：

【技术特征摘要】
1.一种用于净化水族箱水质的催化剂填料，其特征在于，所述催化剂填料包括铁元素、碳元素、镍元素和稀土元素；其中，各元素在催化剂填料中的含量按质量百分比计为：2.根据权利要求1所述的催化剂填料，其特征在于，各元素在催化剂填料中的含量按重量百分比计为：3.根据权利要求1或2所述的催化剂填料，其特征在于，所述稀土元素包括Ce、La或Pr三种元素中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述催化剂填料中不包含对水族生物有害的铜、锌和铬元素。4.根据权利要求1-3任一项所述的催化剂填料，其特征在于，所述催化剂填料还包括铝元素和/或硅元素；优选地，所述铝元素的添加量占催化剂填料总质量的1wt％～10wt％，优选为2wt％～5wt％；优选地，所述硅元素的添加量占催化剂填料总质量的1wt％～10wt％，优选为2wt％～3wt％；优选地，所述催化剂填料包括铁元素、碳元素、镍元素、稀土元素、铝元素和硅元素，各元素在催化剂填料中的含量按质量百分比计为：5.一种如权利要求1-4任一项所述的催化剂填料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将前驱体原料混合造粒，在还原气氛的条件下进行煅烧，然后在还原气氛下冷却得到催化剂填料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体原料包括铁源、碳源、镍源和稀土元素源；优选地，所述铁源包括铁屑、铁粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：余侑锴，余炳炎，余建勤，陈家枢，
申请(专利权)人：广东博宇集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44