公布日：2022.06.14
申請日：2022.03.28
分類號：C02F3/00(2006.01)I;C02F3/28(2006.01)I;C02F1/461(2006.01)N
摘要
本發明公開了一種廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料及制備方法，該廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料的原料包括鐵粉、活性炭、石膏粉、復合金屬粉和聚四氟乙烯；所述鐵粉的粒徑為100μm～300μm，所述活性炭為粉末狀活性炭，粉末狀活性炭的粒徑為200μm～400μm，所述復合金屬粉的粒徑為50μm～100μm，所述復合金屬粉為銅粉、錳粉和鈦粉。本發明的廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料可有效實現鐵碳耦合載體材料功能，鐵、活性炭和復合金屬形成原電池結構，利用原電池結構中不同金屬間電位差所形成多種電子轉移途徑，實現電解，具有電解速率高，解決傳統零價鐵粉易氧化鈍化致處理效率低下的問題。
權利要求書
1.一種廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料，其特征在于，原料包括鐵粉、活性炭、石膏粉、復合金屬粉和聚四氟乙烯；所述鐵粉的粒徑為100μm～300μm，所述活性炭為粉末狀活性炭，粉末狀活性炭的粒徑為200μm～400μm，所述復合金屬粉的粒徑為50μm～100μm，所述復合金屬粉為銅粉、錳粉和鈦粉。
2.根據權利要求1所述的廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料，其特征在于，所述原料中鐵粉、活性炭、石膏粉、復合金屬粉和聚四氟乙烯的質量比為8：6：1：1：4。
3.根據權利要求1所述的廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料，其特征在于，所述復合金屬粉中銅粉的質量百分含量為60％，錳粉的質量百分含量為20％，鈦粉的質量百分含量為20％。
4.一種制備如權利要求1所述的廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料的方法，其特征在于，包括：步驟一、將所述鐵粉、活性炭、石膏粉、復合金屬粉與去離子水混合；步驟二、將步驟一混合后體系進行造粒，得到粒料；步驟三、將步驟二所述粒料置于無水乙醇中，超聲20min～40min，過濾；步驟四、將步驟三過濾所得顆粒置于含聚四氟乙烯的乳濁液中，超聲0.5h～1.5h；步驟五、向步驟四超聲后體系中通入氮氣，于60℃～120℃溫度條件下處理0.5h～2h；步驟六、將步驟五處理后顆粒置于管式爐中，以4℃min-1～10℃min-1的升溫速率升至400℃～800℃保持20min～40min進行預熱，然后以5℃min-1～7℃min-1的升溫速率升至900℃～1500℃保持0.5h～2h進行真空碳化，通入氮氣至冷卻至室溫，得到廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟二中所述粒料的粒徑為10μm～40μm。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟三中所述無水乙醇的質量為粒料質量的1倍～3倍。
7.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟四中所述含聚四氟乙烯的乳濁液為聚四氟乙烯與去離子水的乳濁液，所述含聚四氟乙烯的乳濁液中聚四氟乙烯的質量百分含量為20％～60％。
8.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟五中所述氮氣的流速為0.2L/min～0.4L/min。
9.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，步驟六中預熱和真空碳化過程中所述管式爐中的氣氛為H2氣氛或CO氣氛。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料及制備方法。本發明以鐵粉、活性炭、石膏粉、復合金屬粉和聚四氟乙烯為原料，得到的廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料可有效實現鐵碳耦合載體材料功能，鐵、活性炭和復合金屬形成原電池結構，利用原電池結構中不同金屬間電位差所形成多種電子轉移途徑，實現電解，具有電解速率高，解決傳統零價鐵粉易氧化鈍化致處理效率低下的問題。
為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料，其特征在于，原料包括鐵粉、活性炭、石膏粉、復合金屬粉和聚四氟乙烯；所述鐵粉的粒徑為100μm～300μm，所述活性炭為粉末狀活性炭，粉末狀活性炭的粒徑為200μm～400μm，所述復合金屬粉的粒徑為50μm～100μm，所述復合金屬粉為銅粉、錳粉和鈦粉。
上述的廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料，其特征在于，所述原料中鐵粉、活性炭、石膏粉、復合金屬粉和聚四氟乙烯的質量比為8：6：1：1：4。
上述的廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料，其特征在于，所述復合金屬粉中銅粉的質量百分含量為60％，錳粉的質量百分含量為20％，鈦粉的質量百分含量為20％。
此外，本發明還提供一種制備上述的廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料的方法，其特征在于，包括：
步驟一、將所述鐵粉、活性炭、石膏粉、復合金屬粉與去離子水混合；
步驟二、將步驟一混合后體系進行造粒，得到粒料；
步驟三、將步驟二所述粒料置于無水乙醇中，超聲20min～40min，過濾；
步驟四、將步驟三過濾所得顆粒置于含聚四氟乙烯的乳濁液中，超聲0.5h～1.5h；
步驟五、向步驟四超聲后體系中通入氮氣，于60℃～120℃溫度條件下處理0.5h～2h；
步驟六、將步驟五處理后顆粒置于管式爐中，以4℃min-1～10℃min-1的升溫速率升至400℃～800℃保持20min～40min進行預熱，然后以5℃min-1～7℃min-1的升溫速率升至900℃～1500℃保持0.5h～2h進行真空碳化，通入氮氣至冷卻至室溫，得到廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料。
上述的方法，其特征在于，步驟二中所述粒料的粒徑為10μm～40μm。
上述的方法，其特征在于，步驟三中所述無水乙醇的質量為粒料質量的1倍～3倍。
上述的方法，其特征在于，步驟四中所述含聚四氟乙烯的乳濁液為聚四氟乙烯與去離子水的乳濁液，所述含聚四氟乙烯的乳濁液中聚四氟乙烯的質量百分含量為20％～60％。
上述的方法，其特征在于，步驟五中所述氮氣的流速為0.2L/min～0.4L/min。
上述的方法，其特征在于，步驟六中預熱和真空碳化過程中所述管式爐中的氣氛為H2氣氛或CO氣氛。
本發明與現有技術相比具有以下優點：
1、本發明以鐵粉、活性炭、石膏粉、復合金屬粉和聚四氟乙烯為原料，得到的廢水脫氮用鐵碳耦合生物顆粒載體材料可有效實現鐵碳耦合載體材料功能，鐵、活性炭和復合金屬形成原電池結構，利用原電池結構中不同金屬間電位差所形成多種電子轉移途徑，實現電解，針對COD/TN＜2，NH3-N為20～50mg/L的污水，本發明總氮(TN)脫除效果達90％以上，具有電解速率高的特點。
2、作為優選，本發明的聚四氟乙烯可有效穩固生物膜，調控處理過程中的金屬溶出率，促進脫氮反應進行。
3、作為優選，本發明的復合金屬粉末為銅粉、錳粉和鈦粉，可有效結合催化鐵碳微電解與微生物脫氮耦合，利用金屬所具有的電位差實現催化鐵碳微電解反應的發生，使反應在中性和堿性條件下具有較高電解速率，同時營造適宜微生物生長微環境，利于反硝化電子供體原位持續生成，實現基于催化鐵碳微電解原位供電子生物的深度脫除尾水氮素系統。
4、本發明鐵粉可以為鋼鐵廠生產的廢鐵，工藝簡單、脫除效率高、成本低且無二次污染，利于進行廢物資源利用，利于推廣應用。
（發明人：朱龍海;楊國祥;于再基）
