本發(fā)明專利技術(shù)提出一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，制備材料包括骨料、黏結(jié)劑、成孔劑、活性成分。層狀金屬緩釋粒子電極分為緩釋層與阻釋層，緩釋層與阻釋層所含物質(zhì)配比可以靈活調(diào)整，緩釋層與阻釋層厚度以及層數(shù)可以需求靈活調(diào)整，緩釋層與阻釋層所含物質(zhì)種類可以不同，根據(jù)需求靈活調(diào)整。通過(guò)層狀結(jié)構(gòu)使緩釋粒子電極釋放出活性成分，層狀金屬緩釋粒子電極具有良好的催化性、吸附性、導(dǎo)電性，解決傳統(tǒng)粒子電極產(chǎn)生強(qiáng)氧化性活性物質(zhì)產(chǎn)生率低的問(wèn)題，并且可以為生物合成納米顆粒提供前驅(qū)物，解決界面電子傳遞效率低的問(wèn)題，進(jìn)一步提高三維電催化生物膜體系降解效能，利用更加簡(jiǎn)便的操作、更加低廉的成本達(dá)到更好的處理效果。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于水處理領(lǐng)域，提供了一種緩釋粒子電極的制備方法，適用于三維電催化生物膜體系進(jìn)行的廢水處理。
技術(shù)介紹
1、三維電催化生物膜體系的工作原理是用粒子電極填充傳統(tǒng)二維電極的陰極和陽(yáng)極之間的區(qū)域，使得填充的每個(gè)粒子作為電解池獨(dú)立工作，利用電催化氧化、生物降解、吸附三種作用實(shí)現(xiàn)了污染物的快速降解。其中，電催化氧化降解污染物主要是由h2o2、·oh等強(qiáng)氧化活性物質(zhì)完成，但h2o2與·oh主要通過(guò)電極板原位產(chǎn)生，由粒子電極產(chǎn)生的產(chǎn)量與粒子電極性能密切相關(guān)，傳統(tǒng)粒子電極催化活性位點(diǎn)數(shù)量不夠多，導(dǎo)致產(chǎn)生強(qiáng)氧化性物質(zhì)數(shù)量少，降低了電催化生物膜體系的處理效果。由于生物膜的低導(dǎo)電性，使得跨膜電子轉(zhuǎn)移率、生物與電極間的電子傳遞效率變低，導(dǎo)致體系的電流利用效率低下處理能耗大。
2、對(duì)于三維電催化生物膜體系存在的上述問(wèn)題，粒子電極特性及生物與生物間、生物與非生物間的電子傳遞效率是解決三維電催化生物膜體系問(wèn)題的關(guān)鍵所在。近年的研究集中在新型電極、粒子電極材料的開(kāi)發(fā)、結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使其在吸附與電催化的基礎(chǔ)上增加其他的性能，研究目的主要集中在增加電極比表面積、電催化活性等。目前利用納米材料提高生物電子傳遞效率進(jìn)而增加電催化生物膜體系的處理效能也已經(jīng)十分普遍，但納米材料合成步驟復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)配置成本較高，納米材料不易于回收。利用粒子電極緩釋活性成分，不僅可以在三維電催化生物膜體系中的微生物礦化金屬形成納米顆粒提高體系界面電子傳遞效率，而且還能在體系釋放出金屬離子誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的強(qiáng)氧化反應(yīng)活性物質(zhì)，微生物提供所需金屬源，提高反應(yīng)體系降解效率。
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p>3、為解決上述三維電催化體系電催化活性物質(zhì)產(chǎn)生效率低、電流利用效率低等問(wèn)題導(dǎo)致的處理效果不夠好、能量消耗過(guò)大等問(wèn)題，本專利技術(shù)提出一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，通過(guò)層狀結(jié)構(gòu)使緩釋粒子電極釋放出活性成分，層狀金屬緩釋粒子電極具有良好的催化性、吸附性、導(dǎo)電性，解決傳統(tǒng)粒子電極產(chǎn)生強(qiáng)氧化性活性物質(zhì)產(chǎn)生率低的問(wèn)題，并且可以為生物合成納米顆粒提供前驅(qū)物，解決界面電子傳遞效率低的問(wèn)題，進(jìn)一步提高三維電催化生物膜體系電流利用效率，取代傳統(tǒng)提高電子傳遞的手段，利用更加簡(jiǎn)便的操作、更加低廉的成本達(dá)到更好的處理效果。基于上述內(nèi)容，本專利技術(shù)提供一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)目的在于提高三維電極生物膜體系的催化活性物質(zhì)產(chǎn)量與電流利用率，進(jìn)而提高體系處理效能，提出一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，層狀金屬緩釋粒子電極具有良好的催化性、吸附性、導(dǎo)電性，并且可以為生物合成納米顆粒提供前驅(qū)物，適用于三維電催化生物膜體系進(jìn)行的廢水處理，為實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供以下技術(shù)方案。
2、本專利技術(shù)提供一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，制備材料包括骨料、黏結(jié)劑、成孔劑、活性成分。層狀金屬緩釋粒子電極分為緩釋層與阻釋層，緩釋層與阻釋層所含物質(zhì)配比可以靈活調(diào)整，緩釋層與阻釋層厚度以及層數(shù)可以需求靈活調(diào)整，緩釋層與阻釋層所含物質(zhì)種類可以不同，根據(jù)需求靈活調(diào)整。
3、所述骨料為鋰渣、赤泥等主要成分為sio2、al2o3以及一些金屬及其氧化物的工業(yè)廢渣與尾礦廢渣；所述黏結(jié)劑為膨潤(rùn)土、蒙脫土、高嶺土、黏土等，具有吸附性與黏結(jié)性；所述成孔劑為淀粉、葡萄糖等可以燒結(jié)成孔的材料；所述活性成分為鐵或銅的固體材料或液體材料，如三氧化二鐵粉、氧化銅粉，硝酸鐵溶液、硫酸鐵溶液、硝酸銅溶液、硫酸銅溶液等。
4、所述層狀金屬緩釋粒子電極可以為單層狀，即內(nèi)部為緩釋層，外部為阻釋層，其厚度可以靈活調(diào)整為內(nèi)層緩釋層粒徑燒結(jié)前為2~5mm，包裹外層阻釋層粒徑后總體層狀金屬緩釋粒子電極粒徑燒結(jié)前為5~8mm。
5、所述層狀金屬緩釋粒子電極可以為多層狀，即最內(nèi)層為緩釋層，包裹一層阻釋層，再覆蓋緩釋層，再包裹阻釋層，如此反復(fù)；最內(nèi)層一定是緩釋層，最外層一定是阻釋層；緩釋層與阻釋層厚度比例可以為(1~1.5):?(1~1.5)，多層狀緩釋粒子電極粒徑燒結(jié)前可以為5~8mm。
6、所述層狀金屬緩釋粒子電極的緩釋層材料中，骨料、粘結(jié)劑、成孔劑、活性成分的質(zhì)量配比可以為(35~50):?(20~30):?(5~20):?(15~35)；所述層狀金屬緩釋粒子電極的阻釋層材料中，骨料、粘結(jié)劑、成孔劑、活性成分的質(zhì)量配比可以為(40~60):?(30~40):?(5~10):?(5~10)
7、本專利技術(shù)提供技術(shù)方案一，活性成分為固體，包括以下步驟：
8、s1：骨料在粉碎機(jī)中粉碎，在自來(lái)水中洗滌去除雜質(zhì)，再由去離子水清洗三次以上，于110℃中烘箱中烘干；
9、s2：將步驟1中的骨料、粘結(jié)劑、成孔劑、活性成分按照一定的質(zhì)量百分比稱重，放入攪拌機(jī)中混合均勻，獲得緩釋生料與阻釋生料；
10、s3：將步驟2的緩釋生料噴水滾動(dòng)成緩釋球，按所需粒徑過(guò)篩，隨后用阻釋生料均勻包裹噴水滾動(dòng)成粒徑較大的生料球；
11、s4：將步驟3中的生料球至于馬弗爐中，從室溫以5℃/min的升溫速率升溫至200℃，保溫10min，升溫至500℃，保溫30min，升溫至800℃，保溫30min，升溫至985℃，保溫50min。自然冷卻至室溫，得到層狀金屬緩釋粒子電極。
12、本專利技術(shù)提供技術(shù)方案二，活性成分為液體，包括以下步驟：
13、s1：骨料在粉碎機(jī)中粉碎，在自來(lái)水中洗滌去除雜質(zhì)，再由去離子水清洗三次以上，于110℃中烘箱中烘干；
14、s2：將步驟1中的骨料、粘結(jié)劑、成孔劑、活性成分按照一定的質(zhì)量百分比稱重，其中活性成分的質(zhì)量為金屬離子的質(zhì)量，將活性成分溶解為一定濃度的溶液，使得負(fù)載量最大，采用浸漬法浸漬材料，一定時(shí)間后將其置于40-60℃中低溫烘干，得到緩釋生料與阻釋生料；
15、s3：將步驟2的緩釋生料噴水滾動(dòng)成緩釋球，按所需粒徑過(guò)篩，隨后用阻釋生料均勻包裹噴水滾動(dòng)成粒徑較大的生料球；
16、s4：將步驟3中的生料球至于馬弗爐中，從室溫以5℃/min的升溫速率升溫至200℃，保溫10min，升溫至500℃，保溫30min，升溫至800℃，保溫30min，升溫至985℃，保溫50min。自然冷卻至室溫，得到層狀金屬緩釋粒子電極。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比。本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
18、1）層狀金屬緩釋粒子電極可以緩慢釋放金屬源，使得體系中產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性物質(zhì)數(shù)量更多，分布更加均勻，且金屬離子溶出具有催化作用進(jìn)一步提高體系催化氧化降解效率，對(duì)四環(huán)素等難降解有機(jī)物降解效率提高10%-30%；
19、2）層狀金屬緩釋粒子電極由于其內(nèi)外層成孔劑、活性成分等配比不同，在保證粒子電極硬度強(qiáng)度的情況下，較普通粒子電極孔隙率與催化活性位點(diǎn)增加，較天然礦物具有更強(qiáng)的吸附性，釋放濃度可控具有一定靈活性，能夠長(zhǎng)時(shí)間維持溶液中金屬離子濃度的動(dòng)態(tài)平衡；
20、3）層狀金屬緩釋粒子電極可以提供生物礦化所需金屬來(lái)源，簡(jiǎn)化材料工程提高電子傳遞手段，提高生物相容性，體系電子傳遞效率增強(qiáng)；
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，其特征在于：制備材料包括骨料、黏結(jié)劑、成孔劑、活性成分。層狀金屬緩釋粒子電極分為緩釋層與阻釋層，緩釋層與阻釋層所含物質(zhì)配比可以靈活調(diào)整，緩釋層與阻釋層厚度以及層數(shù)可以需求靈活調(diào)整，緩釋層與阻釋層所含物質(zhì)種類可以不同，根據(jù)需求靈活調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，其特征在于：所述的骨料為鋰渣、赤泥等主要成分為SiO2、Al2O3以及一些金屬及其氧化物的工業(yè)廢渣與尾礦廢渣；所述黏結(jié)劑為膨潤(rùn)土、蒙脫土、高嶺土、黏土等，具有吸附性與黏結(jié)性；所述成孔劑為淀粉、葡萄糖等可以燒結(jié)成孔的材料；所述活性成分為鐵或銅的固體材料或液體材料，如三氧化二鐵粉、氧化銅粉，硝酸鐵溶液、硫酸鐵溶液、硝酸銅溶液、硫酸銅溶液等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，其特征在于：層狀金屬緩釋粒子電極可以為單層狀，即內(nèi)部為緩釋層，外部為阻釋層，其厚度可以靈活調(diào)整為內(nèi)層緩釋層粒徑燒結(jié)前為2~5mm，包裹外層阻釋層粒徑后總體層狀金屬緩釋粒子電極粒徑燒結(jié)前為5~8mm；層狀金屬緩釋粒子電極可以為多層狀，即最內(nèi)層為緩釋層，包裹一層阻釋層，再覆蓋緩釋層，再包裹阻釋層，如此反復(fù)；最內(nèi)層一定是緩釋層，最外層一定是阻釋層；緩釋層與阻釋層厚度比例可以為（1~1.5）:?（1~1.5），多層狀緩釋粒子電極粒徑燒結(jié)前可以為5~8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，其特征在于：所述層狀金屬緩釋粒子電極的緩釋層材料中，骨料、粘結(jié)劑、成孔劑、活性成分的質(zhì)量配比可以為（35~50）：（20~30）：（5~20）：（15~35），所述層狀金屬緩釋粒子電極的阻釋層材料中，骨料、粘結(jié)劑、成孔劑、活性成分的質(zhì)量配比可以為（40~60）：（30~40）：（5~10）：（5~10）。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，當(dāng)活性成分為固體，制備方式包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，當(dāng)活性成分為液體，制備方式包括以下步驟：
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，其特征在于：制備材料包括骨料、黏結(jié)劑、成孔劑、活性成分。層狀金屬緩釋粒子電極分為緩釋層與阻釋層，緩釋層與阻釋層所含物質(zhì)配比可以靈活調(diào)整，緩釋層與阻釋層厚度以及層數(shù)可以需求靈活調(diào)整，緩釋層與阻釋層所含物質(zhì)種類可以不同，根據(jù)需求靈活調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，其特征在于：所述的骨料為鋰渣、赤泥等主要成分為sio2、al2o3以及一些金屬及其氧化物的工業(yè)廢渣與尾礦廢渣；所述黏結(jié)劑為膨潤(rùn)土、蒙脫土、高嶺土、黏土等，具有吸附性與黏結(jié)性；所述成孔劑為淀粉、葡萄糖等可以燒結(jié)成孔的材料；所述活性成分為鐵或銅的固體材料或液體材料，如三氧化二鐵粉、氧化銅粉，硝酸鐵溶液、硫酸鐵溶液、硝酸銅溶液、硫酸銅溶液等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種層狀金屬緩釋粒子電極的制備方法，其特征在于：層狀金屬緩釋粒子電極可以為單層狀，即內(nèi)部為緩釋層，外部為阻釋層，其厚度可以靈活調(diào)整為內(nèi)層緩釋層粒徑燒結(jié)前為2~5mm，包裹外層阻釋層粒徑后...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃清鈴，馮巖，王莎莎，唐渝杰，楊帆，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：濟(jì)南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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