一种基于钛白生产副产物工业绿矾制备铁碳填料的方法技术

本发明专利技术中公开了一种基于钛白生产副产物工业绿矾制备铁碳填料的方法，利用工业绿矾的主要成分硫酸亚铁作为铁碳填料的铁源，利用工业绿矾中的部分杂质作为铁碳填料的活性添加成分并提供粘结作用，以石墨作为铁碳填料的碳源，将其悬浮于绿矾水溶液中，共沉淀为前驱体，同时在煅烧前驱体过程中产生的反应气体起到致孔作用，因此本发明专利技术制备的铁碳填料孔隙发达，孔隙率大于54％；铁碳接触充分，反应活性高，具有高效处理工业废水的能力，连续三次处理模拟印染污水(含亚甲基蓝275mg/L)，每次处理时对亚甲基蓝的降解率均大于87％，可广泛应用于工业废水的处理，减少环境污染。减少环境污染。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钛白生产副产物工业绿矾制备铁碳填料的方法


[0001]本专利技术涉及固废再利用及废水治理领域，具体涉及一种基于钛白生产副产物工业绿矾制备铁碳填料的方法。

技术介绍

[0002]铁碳微电解是一种治理污水的预处理工艺，主要利用铁碳微电解电极反应降解废水中的大分子有机物，提高废水的可生化性。同时生成Fe2+、Fe3+具有良好的絮凝效果，可以吸附、沉淀部分难降解物质。较广泛应用于印染、石化、医药、农药等领域，
[0003]早期铁碳微填料制备多采用铁屑等废料与活性炭混合，虽然成本很低，但反应效果难以持续，容易发生板结、钝化等现象。为了克服此类缺陷，后期填料一般采取铁屑、活性炭加粘结剂通过高温焙烧的方法制得球形固化得铁碳填料；为进一步提高电催化作用，还有部分实验室采用双金属制取填料来提高铁碳填料去除COD的效率。
[0004]但不论如何，增加铁碳填料中阴阳极的接触面积、增大铁碳填料与溶液的界面面积以及提高催化活性组分在铁碳填料中的分散程度是有利于提升铁碳填料处理工业废水的效率。现有技术中，有在铁碳填料制备过程中减小铁粉及炭源材料的尺寸(甚至使用纳米铁粉及碳纳米管)来改善填料阴阳极接触面积；也有在铁碳填料制备过程中添加铜、锰、铝及钛等金属或其化合物粉末作为催化活性组分；或在铁碳填料制备过程中加入大量的造孔剂来增大填料孔隙率。而这些技术都大幅增加了铁碳填料的生产成本。也有技术通过利用污泥或含铁纯度较高的铁矿粉或高炉烟尘来制备铁碳填料，以期降低铁碳填料的制造成本，虽然起到了一定的作用，但铁碳间的接触仍未明显改善。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的孔隙发达，铁碳接触充分，反应活性高的铁碳填料的生产成本高的问题，提供一种基于钛白生产副产物工业绿矾制备铁碳填料的方法。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于钛白生产副产物工业绿矾制备铁碳填料的方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将工业绿矾溶解，得到绿矾溶液，绿矾溶液中铁离子浓度为1.0～2.0M，溶液温度为60℃～90℃；
[0008]S2、配制浓度为5.0M的碳酸铵溶液，并在强搅拌的条件下加入石墨粉及添加剂，并持续搅拌40min使石墨粉活化，形成分散均匀的悬浮液，石墨粉在悬浮液中的含量为15～150g/L，悬浮液的温度为60℃～90℃；
[0009]S3、将S1中制得的绿矾溶液缓慢倒入S2中制得的悬浮液中并反应0.5～2.5h，绿矾溶液与悬浮液的体积之比为3～5：1，反应过程中保持溶液温度为60℃～90℃，用浓度1M～10M的碳酸铵溶液调节反应溶液pH为8～9，反应结束后，过滤并反复洗涤滤渣，并将滤渣烘干至含水率8～10％；
[0010]S4、将S3中烘干的滤渣破碎至粒度过90目筛，用制团装置将破碎好的滤渣制成大小均匀的颗粒前驱体；
[0011]S5、将S4中的颗粒前驱体在惰性气氛或非氧化性气氛下进行恒温煅烧，煅烧温度为950℃～1350℃，煅烧时间为60min～150min，恒温煅烧完成后，制备得到铁碳填料。
[0012]优选地，所述工业绿矾为钛白粉生产中的副产物工业绿矾，所述工业绿矾中含镁7～10％，钛5～6％，锰1～2％。
[0013]优选地，所述S2中，添加剂为碳酸钙、硅酸钠中的一种或两种，所述添加剂的用量为5g/L～30g/L。
[0014]优选地，所述S2中，石墨粉的纯度为90％～99％，粒度大小为150目～200目。
[0015]优选地，所述S5中，所述前驱体需缓慢分步升温到预定的煅烧温度，具体升温过程为：以10℃/min速度从室温升到120℃并保温1h；再以20℃/min速度升温到600℃并保温1h；再以25℃/min速度升温到950℃～1350℃并恒温煅烧60min～150min。
[0016]进一步优选，所述S5中，所述惰性气氛为氮气；所述非氧化性气氛为一氧化碳与二氧化碳的混合气体。
[0017]在钛白粉生产过程中产生大量的副产物工业绿矾，每生产1吨钛白粉副产4.5
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5.0吨工业绿矾。这些副产物绿矾通常含有大量的杂质，如含镁7～10％，含钛5～6％，含锰1～2％。目前综合利用工业绿矾的路径主要有脱硫制备炼铁原料、净化绿矾后制备颜料、铁氧体材料或铁粉。但均面临产品附加值低，市场应用面受限等问题。本专利技术充分利用工业绿矾的主要成分硫酸亚铁作为铁碳填料的铁源，利用工业绿矾中的钛、锰及镁等组分作为铁碳填料的活性添加成分并提供粘结作用。以石墨作为铁碳填料的碳源，将其悬浮于绿矾水溶液中，并在一定条件下共沉淀为前驱体。由于共沉淀时，悬浮的石墨周围将包裹一层由铁离子水解形成的前驱体，相对于传统将铁粉与碳粉混合后烧结制备铁碳填料的方式，共沉淀前驱体后再煅烧铁碳填料其铁碳接触明显提高。传统制备铁碳填料时铁粉与碳粉混合烧结相互之间不会反应产生气体，要提高铁碳填料的孔隙率通常需要添加大量的碳酸盐使其在高温煅烧时分解产生气体来造孔。本专利技术将工业绿矾与石墨等共沉淀得到的前驱体含有大量的结合水，在煅烧前驱体过程中释放的水汽以及铁氧化物被石墨还原产生的反应气体将起到致孔作用。因此，本专利技术所制备的铁碳填料孔隙发达，铁碳接触充分，反应活性高。由于本专利技术制备铁碳填料中高价值的原料由价廉的工业固废绿矾提供，因而铁碳生产成本低。为工业绿矾的综合利用开辟了新途径，实现了以废制废的绿色环保可持续发展理念，
[0018]本专利技术所具有的有益效果：
[0019](一)本专利技术中利用工业绿矾的主要成分硫酸亚铁作为铁碳填料的铁源，利用工业绿矾中的部分杂质作为铁碳填料的活性添加成分并提供粘结作用，以石墨作为铁碳填料的碳源，将其悬浮于绿矾水溶液中，共沉淀为前驱体，同时在煅烧前驱体过程中产生的反应气体起到致孔作用，因此本专利技术制备的铁碳填料孔隙发达，孔隙率大于54％；铁碳接触充分，反应活性高，具有高效处理工业废水的能力，连续三次处理模拟印染污水(含亚甲基蓝275mg/L)，每次处理时对亚甲基蓝的降解率均大于87％，可广泛应用于工业废水的处理，减少环境污染；
[0020](二)由于本专利技术是以价格低廉的工业固废绿矾来制备铁碳填料，即铁碳填料中含铁组分的原料成本几乎可忽略不计。传统铁碳填料通常采用铁粉为填料的含铁组分提供原
材料，市面上铁碳填料通常含铁约75％，含碳15％左右，即每吨铁碳填料需消耗至少0.75吨铁粉。按目前市面上最低端的铁粉单价(约在5000元/吨)计，采用铁粉为原料的传统铁碳填料制备工艺相较于本专利技术生产每吨铁碳填料至少需多投入原料成本约3750元。显然本专利技术大幅降低了铁碳填料的生产成本，并且实现了对固废工业绿矾的再利用，有效减少环境污染。
具体实施方式
[0021]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0022]实施例1
[0023]1.共沉淀：取绿矾278g，加入670mL水中，60℃水浴加热搅拌溶解完全，保温备用记为溶液1。另取96g碳酸铵及1.2g硅酸钠，加入200mL本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钛白生产副产物工业绿矾制备铁碳填料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将工业绿矾溶解，得到绿矾溶液，绿矾溶液中铁离子浓度为1.0～2.0M，溶液温度为60℃～90℃；S2、配制浓度为5.0M的碳酸铵溶液，并在强搅拌的条件下加入石墨粉及添加剂，并持续搅拌40min使石墨粉活化，形成分散均匀的悬浮液，石墨粉在悬浮液中的含量为15～150g/L，悬浮液的温度为60℃～90℃；S3、将S1中制得的绿矾溶液缓慢倒入S2中制得的悬浮液中并反应0.5～2.5h，绿矾溶液与悬浮液的体积之比为3～5：1，反应过程中保持溶液温度为60℃～90℃，用浓度1M～10M的碳酸铵溶液调节反应溶液pH为8～9，反应结束后，过滤并反复洗涤滤渣，并将滤渣烘干至含水率8～10％；S4、将S3中烘干的滤渣破碎至粒度过90目筛，用制团装置将破碎好的滤渣制成大小均匀的颗粒前驱体；S5、将S4中的颗粒前驱体在惰性气氛或非氧化性气氛下进行恒温煅烧，煅烧温度为950℃～1350℃，煅烧时间为6...

【专利技术属性】
技术研发人员：任锐，郑淑萍，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：