赤泥粒子电极及其制备方法、应用技术

本申请公开了一种赤泥粒子电极以及制备方法和应用。所述赤泥粒子电极包括碳和经酸洗处理的赤泥；所述赤泥和碳的质量比为1～5:1～5。该赤泥粒子电极即可作为三维粒子电极，又可作为催化剂，两种机制很好的耦合，增强其对水中有机物的去除效果，并将其应用于催化湿式电氧化技术中，从而达到将赤泥“变废为宝，以废治废”的目的。

【技术实现步骤摘要】
赤泥粒子电极及其制备方法、应用
本申请涉及一种赤泥粒子电极及其制备方法、应用，属于电化学

技术介绍
目前，氧化铝的生产工艺主要包括拜耳法、烧结法、联合法，在在这些生产工艺中都会伴随产生大量的赤泥(RM)产生，每生产1t氧化铝，就会产生0.5～2.5t赤泥。赤泥由于含有大量的氧化铁(Fe2O3)成赤红色而得名，其主要矿化物成分包括针铁矿(α-FeOOH)，赤铁矿(α-Fe2O3)，石英(SiO2)和三水硬铝石(Al2O3.3H2O)，还有铁、铝、钛、钙等金属氧化物，因此赤泥具有多种高效处理污水的基本制备原料。如今，国内对铝的需求量越来越大，赤泥的排放量也呈现逐年增加的趋势，主要的赤泥处理方式是筑坝，一方面这会造成有价金属的浪费，另一方面赤泥自身的碱性会污染土壤和地下水，因此对污泥的资源化利用，减少环境污染势在必行。目前已经有研究人员对赤泥的综合利用进行了研究。如中国专利CN103570120B通过氧化铈对赤泥改性制备出的催化剂应用于臭氧催化氧化装置，对去除苯扎贝特表现出良好的催化效果；专利CN103706338A通过对赤泥引入聚苯乙烯微球进行造孔增加赤泥的孔隙结构，并对赤泥进行改性增强了其脱除有机染料的效果；CN102502944A通过对赤泥的改性，增加了其对臭氧及污染物的能力，实现吸附和降解的耦合，从而增强了有机物的去除效果。然而，赤泥粒子在处理废水中取得的有机物去除率和TOC去除率效果并不好。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种赤泥粒子电极，并将该粒子电极应用于催化湿式电氧化降解有机废水的研究，制备的粒子电极具有制备方法简单、价格低廉、使用寿命长等优点。一种赤泥粒子电极，所述赤泥粒子电极包括碳和酸改性赤泥；所述酸改性赤泥和碳的质量比为1～5:1～5。可选地，所述碳选自石墨粉、乙炔黑、活性炭粉、石墨烯，碳纳米管中的至少一种。可选地，所述赤泥粒子电极中还含有粘合剂和增强剂；所述赤泥、粘合剂、增强剂和碳的质量比为1～5:1～3:1～10:1～5。一种赤泥粒子电极，所述赤泥粒子电极由赤泥、粘合剂、增强剂和碳组成；各组分的质量比例关系为：赤泥、粘合剂、增强剂和碳的质量比1～5:1～3:1～10:1～5。本专利技术所述的赤泥粒子电极主要包括：酸改性的赤泥；用于成型的粘合剂；用于增强粒子电极强度的增强剂；用于增强导电性的碳粉。优选地，赤泥、粘合剂、增强剂和碳的质量比4～5:1～2:1～2:4～5。可选地，所述粘合剂选自田菁粉、膨润土、活性白土、甲基纤维素、聚苯胺、聚醋酸乙烯、丙烯酸树脂中的至少一种。可选地，所述增强剂选自玻璃粉、石英砂中的至少一种。可选地，赤泥粒子电极的尺寸为轴向长度为4～8mm，径向长度为1～3mm。根据本申请的又一方面，还提供了一种赤泥粒子电极的制备方法，将含有碳粉和酸改性赤泥的混合物，成型，焙烧，得到所述赤泥粒子电极。可选地，所述焙烧的条件为：焙烧温度500～800℃；焙烧时间1～6h；升温速率2～5℃/min。本申请中，利用上述的焙烧条件，使得焙烧后的混合物形成良好的孔隙结构，具有较大的表面积，是催化剂制备的良好载体，并且在上述焙烧过程中，针铁矿可以进一步转化为具有催化性能的赤铁矿，具有催化氧化处理污水的应用潜能。本申请中，焙烧后的粒子电极具有丰富的孔结构，孔径为0.5～2μm。具体地，焙烧温度的上限独立地选自550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃；焙烧温度的下限独立地选自500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃。焙烧时间的上限独立地选自2h、3h、4h、5h、6h；焙烧时间的下限独立地选自1h、2h、3h、4h、5h。升温速率的上限独立地选自3℃/min、4℃/min、5℃/min；升温速率的下限独立地选2℃/min、3℃/min、4℃/min。本申请中，对赤泥进行酸洗，可以增加表面含氧官能团，使得赤泥具有更好的去除有机污染物的效果。可选地，所述酸改性赤泥通过酸洗处理赤泥获得；所述酸洗处理过程中的酸包括醋酸、硝酸、硫酸、硫酸、盐酸中的任一种。所述酸洗处理在水浴条件下进行，酸洗条件为：水浴温度65～95℃；转速50～200r/min；时间60～240min；酸浓度为0.1～0.5mol/L。具体地，酸的浓度为0.1～0.5mol/L，酸的浓度的上限选自0.3mol/L、0.5mol/L；酸的浓度的下限选自0.1mol/L、0.3mol/L。具体地，水浴温度的上限选自70℃、85℃、90℃、95℃；水浴温度的下限选自65℃、70℃、85℃、90℃。转速的上限独立地选自150r/min、200r/min；转速的下限独立地选自50r/min、150r/min。酸洗时间的上限选自120min、180min、240min；酸洗时间的下限选自60min、120min、180min。：可选地，所述制备方法包括：a)将赤泥研磨、酸洗、冲洗、干燥，得到酸改性赤泥，b)将酸改性赤泥与粘合剂、增强剂、碳粉混合均匀，得到所述混合物，c)将混合物成型，焙烧，得到所述赤泥粒子电极。下面介绍一种可能的制备方法，包括：S100、研磨：取赤泥于100～120℃烘箱干燥60～240min，经研磨后，过100～200目筛；S200、酸洗：用0.1～0.5mol/L的酸，水浴摇床酸洗步骤S100中赤泥，酸洗条件为：水浴温度65～95℃；转速50～200r/min；时间60～240min；S300、冲洗：过滤步骤S200中酸洗后的赤泥，用去离子水反复洗涤7～16次，直至洗涤水为中性；S400、干燥：将步骤S300中赤泥过滤，置于80～120℃烘箱中干燥6～12h；S500、干混：将步骤S400中赤泥与粘合剂、增强剂、碳粉混合均匀，得到所述混合物；S600、挤条：将步骤S500中所述混合物加水搅拌至膏状，挤条机挤条，置于80～120℃烘箱烘干；S700、焙烧：将步骤S600中成型混合物焙烧，焙烧温度500～800℃，升温速率控制在2～5℃/min，焙烧时间1～6h，得到所述赤泥粒子电极。可选地，将赤泥研磨过筛后的粒径为5～20μm。根据本申请的又一方面，还提供了一种降解有机废水的方法，利用上述任一项所述的赤泥粒子电极、上述任一项所述制备方法得到的赤泥粒子电极对有机废水进行催化湿式电氧化降解。具体地，有机废水包括异氟尔酮、间甲酚、草甘膦、乙酸、丙烯酸、甲基橙、苯酚。本申请中还提供了将所述赤泥粒子电极为三维粒子电极，对有机废水进行催化湿式电氧化降解。可选地，所述赤泥粒子电极为三维粒子电极，在氧源条件下，协同阴极和阳极对有机废水进行湿式电氧化降解。具体地，赤泥粒子是三维粒子电极，充当第三极，不仅有电极的效果还有催化剂的效果。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种赤泥粒子电极，其特征在于，所述赤泥粒子电极包括碳和酸改性赤泥；/n所述酸改性赤泥和碳的质量比为1～5：1～5。/n

【技术特征摘要】
1.一种赤泥粒子电极，其特征在于，所述赤泥粒子电极包括碳和酸改性赤泥；
所述酸改性赤泥和碳的质量比为1～5：1～5。


2.根据权利要求1所述的赤泥粒子电极，其特征在于，所述碳选自石墨粉、乙炔黑、活性炭粉、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的赤泥粒子电极，其特征在于，所述赤泥粒子电极中还含有粘合剂和增强剂；
所述赤泥、粘合剂、增强剂和碳的质量比为1～5:1～3:1～10:1～5。


4.根据权利要求3所述的赤泥粒子电极，其特征在于，所述粘合剂选自田菁粉、膨润土、活性白土、甲基纤维素、聚苯胺、聚醋酸乙烯、丙烯酸树脂中的至少一种；
所述增强剂选自玻璃粉、石英砂中的至少一种。


5.一种赤泥粒子电极的制备方法，其特征在于，将含有碳粉和酸改性赤泥的混合物，成型，焙烧，得到所述赤泥粒子电极。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述焙烧的条件为：焙烧温度500～800℃；焙烧时间1～6h；升温速率2～5℃/min。


7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述酸改性赤泥通过酸洗处理赤泥获得；
所述酸洗处理过程中的酸包括醋酸、硝酸、硫酸、硫酸、盐酸中的任一种。


8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述酸洗处理在水浴条件下进行；
酸洗条件为：水浴温度65～95℃；转速50～200r/min；时间60～240min；酸浓度为0.1～0.5mol/L。

【专利技术属性】
技术研发人员：卫皇曌，谭向东，孙承林，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21