申请日2012.11.12
公开(公告)日2013.02.06
IPC分类号C02F1/461
摘要
本发明涉及一种可在碱性工业废水中直接应用的微电极，由二氧化锰、锌粉和陶粒组成，包括粒径为20～120目的二氧化锰组份(A)、粒径为20～160目的锌粉组份(B)和粒径为1～10mm的陶粒组份(C)，其按重量计算的组份比A∶B∶C为0.5～1.5：0.5～1.5：0.2～1.0。本发明的微电极与现有铁碳微电极相比，可直接用于碱性工业废水的微电解处理，无需像铁碳微电极体系将碱性工业废水预先调节至酸性，简化了流程，节约了成本。
权利要求书
1.一种用于碱性废水微电解处理的微电极，该微电极包括负载于 多孔性载体上的粉状阳极材料和粉状阴极材料：其中，所述的阳极材料 为锌粉，所述的阴极材料为二氧化锰，按重量份计，所述的阳极材料、 阴极材料和多孔性载体的比例为0.5～1.5：0.5～1.5：0.2～1.0。
2.如权利要求1所述的微电极，其中，所述多孔性载体的比重小 于水。
3.如权利要求2所述的微电极，其中，所述的多孔性载体是陶粒。
4.如权利要求3所述的微电极，其中，所述陶粒的粒径为1-10mm。
5.如权利要求1所述的微电极，其中，所述二氧化锰的粒径为20～ 120目，所述锌粉的粒径为20～160目。
6.如权利要求1-5之一所述的微电极，其中，按重量份计，所述 的阳极材料、阴极材料和多孔性载体的比例为1.0～1.5：1.0～1.5：0.2～ 1.0。
7.如权利要求7所述的微电极，其中，按重量份计，所述的阳极 材料、阴极材料和多孔性载体的比例为1～1.30：1～1.35：0.5～1.0。
8.如权利要求1所述的微电极，其中，在所述的阴极材料中，二 氧化锰的重量百分含量为20～95%。
9.如权利要求1所述的微电极，其中，在所述的阳极材料中，锌 粉的重量百分含量为60～99%。
10.如权利要求1所述的微电极，其中，在所述的阳极材料中，锌 粉的重量百分含量为80～95%。
说明书
一种用于碱性条件下废水处理的微电极
技术领域
本发明涉及一种用于废水微电解处理的微电极：更具体地讲，本发 明涉及一种可直接处理碱性工业废水的微电极。
背景技术
近年来，微电解法处理工业废水的研究成为热点，其中微电极的组 成和构造是该技术的核心。微电解技术利用微电极直接作用于废水中的 各种有害物质，使其降解为无害物质或使其转化为易降解而便于后续处 理的物质。
然而，现有文献报道的微电极几乎都是以铁、碳为正、负极材料， 其只能在酸性条件下发生氧化还原反应。
例如，中国专利02205209.7公开了一种动态强化微电解废水处理 装置，该装置采用电化学方法对废水进行处理，其主体为一水平放置的 转筒，转筒内的隔板和石墨板形成惰性电极相复合，等距离安插在隔板 的定位条上，并由铜导线连接后引出装置筒体，在装置筒体外通过碳刷 与固定的电极座定时连通，以强化了铁-碳床的微电解过程，缩短处理 时间，增大处理能力。
再如，中国专利201020199670.8也公开了一种铁碳微电解废水处 理装置，其在通过装置筒体内设置密布填料孔的塑料隔板，隔板与隔板 之间用玻璃丝布隔开，从而使填料孔形成以玻璃丝布为底面的小格，铁 碳填料置于密布的填料孔内，同样的隔板与填料一层层重叠上去，形成 一个巨大的蜂巢式铁碳分解床，这样各填料孔将铁碳填料分割成无数小 填料体，各小填料体之间不相互接触，从而克服了现有堆积式电解床的 “结疤”、“钝化”等固有缺陷。
中国专利03206783.6、200920233972.X等也公开了以铁、碳为 正、负极的处理方法和装置。
但是，在工业废水中诸多是碱性废水，因而在微电解法处理时需预 先在废水中加酸，调节其PH值至酸性，经微电解后再用石灰等碱性物 质调节回碱性，以便后续处理。这使得处理流程明显变长，成本显著增 加。
因此，业界迫切需要一种能在碱性条件下发生氧化还原反应的微电 极，使得废水处理时无需反复调节废水的PH值，从而缩短处理流程， 并降低成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种能在碱性条件下发生氧化还原反应的微 电极，使得碱性废水能直接处理而无需调节其PH值。
为实现本发明的目的，本发明人经过大量的研究，设计出一种可直 接处理碱性工业废水的微电极，这种微电极经实验证明具有良好的处理 效果。
根据本发明，用于碱性废水微电解处理的微电极包括负载于多孔性 载体上的粉状阳极材料和粉状阴极材料。其中，优选的阳极(负极)材 料为锌粉，优选的阴极(阳极)材料为二氧化锰，而且按重量份计，阳 极材料、阴极材料和多孔性载体的比例为0.5～1.5：0.5～1.5：0.2～1.0。 碱性废水是指pH在8～12的废水。
在本发明的微电极中，所采用的多孔性载体优选为比重小于水的载 体，以便在处理废水时，其能够产生向上的托举力，防止阳极材料和阴 极材料过于沉积在废水处理池等的底部。这种向上的托举力有助于提高 微电解处理的效率。载体采用多孔性材料，有助于阳极材料和阴极材料 的分布，从而有助于形成众多的原电池，也进而有助于提高微电解处理 的效率。
在本发明的微电极中，所采用的多孔性载体也可以是比重较大的载 体，此种情况下，为产生托举力，可以将负载了阳极材料和阴极材料的 载体装载于能产生托举力的装置或材料上，如泡沫材料中：或者将负载 了阳极材料和阴极材料的载体分布在位于废水处理池等中的不同高度 处的隔板上等。当然，也可以采用其它类似的装置或设计。但这样的设 计会增加装置本身的复杂性或处理工艺的复杂性，也会带来成本问题。 相比而言，在这一方面，采用比重小于水的多孔性载体有其特定的优势， 可降低装置或处理工艺的复杂性。
优选地，在本发明的微电极中，所采用的多孔性载体是陶粒。陶粒 就是陶质的颗粒，是一种人造轻质粗集料，外壳表面粗糙而坚硬，内部 多孔，一般由页岩、黏土岩等经粉碎、筛分、再高温下烧结而成。根据 原料的不同，陶粒可分为页岩陶粒、黏土陶粒、粉煤灰陶粒、铝钒土陶 粒砂、煤矸石陶粒等：根据强度的不同，陶粒可分为高强度陶粒(强度 标号不小于25MPa)和普通陶粒(强度标号小于25MPa)。
陶粒自身的堆积密度小于1100kg/m3，一般为300～ 900kg/m3。陶粒的最大特点是外表坚硬，外壳呈陶质或釉质，而内 部有许许多多的微孔。这些微孔赋予陶粒质轻的特性。陶粒按密度 分为一般密度陶粒、超轻密度陶粒、特轻密度陶粒三类，其中，一 般密度陶粒是指密度大于500kg/m3的陶粒，其强度一般相对较高： 超轻密度陶粒一般是指300～500kg/m3的陶粒：而特轻密度陶粒是 指小于300kg/m3的陶粒，其保温隔热性能非常优异，但强度较差。
陶粒的形状大多呈圆形或椭圆形球体，但也可以呈不规则碎石状， 其形状因工艺不同而各异。陶粒的外观颜色因所采用的原料和工艺不同 而各异。焙烧陶粒的颜色大多为暗红色、赭红色，也有一些特殊品种为 灰黄色、灰黑色、灰白色、青灰色等。
陶粒的粒径一般为5～25mm，在习惯上将小于5mm的细颗粒称 为陶砂或陶粒砂，在本发明中将其统称为陶粒。
陶粒具有许多优良的性能，例如，优良的耐火性能、保温隔热性能、 抗震性能、抗冻性能、抗渗性能、耐久性能和低吸水性能等。由于这些 优良的性能，陶粒广泛应用于建筑领域等。
在本发明中，将陶粒用作本发明微电极的载体取得了出人意料的技 术效果，主要是因为除上述优良性能外，陶粒还具有质轻、耐酸、耐碱 等特点，而且方便易得、成本低廉，特别是陶粒优良的耐碱能力，使其 尤其适合作为处理碱性废水之微电极的载体。
本发明所使用的陶粒没有特别限制，市场上一般的商用陶粒均可作 为本发明微电极的载体，但一般选择比重低于水的陶粒。
在本发明的微电极中，陶粒的粒径优选为1-10mm，优选为2-8 mm：粉状阴极材料二氧化锰的粒径优选为20～120目，更优选为60～ 100目，例如80目：粉状阳极材料锌粉的粒径优选为20～160目，更 优选为60～120目，例如80～100目。
优选地，在本发明的微电极中，按重量份计，阳极材料(锌粉)、 阴极材料(二氧化锰)和多孔性载体的比例为1.0～1.5：1.0～1.5：0.2～ 1.0，更优选的比例为1～1.30：1～1.35：0.5～1.0。
在本发明微电极中所使用的阴极材料中，可以采用任何市售的二氧 化锰粉料。在这种粉料中，二氧化锰的重量百分含量一般≥20%。一般 来说，当二氧化锰粉料中二氧化锰的含量较低时，其价格较低，但在微 电极中的用量就要增加。本发明中，二氧化锰的重量百分含量可以为 20～95%，优选为60～95%。但本领域的技术人员可以理解，这种对 于原材料的限制并非是严格的。
在本发明微电极中所使用的阳极材料中，可以采用任何市售的锌粉 或含有锌粉的原料。本发明中，锌粉的重量百分含量一般为60～99%， 优选为80～95%。同样，本领域的技术人员可以理解，这种对于原材 料的限制并非是严格的。
在制备本发明的微电极时，可以采用各种已知的微粒负载方法，将 粉状的阳极材料和粉状的阴极材料负载于多孔性的载体上。其中，最简 单的方法是将粉状的阳极材料、粉状的阴极材料和多孔性的载体在 25℃～100℃条件下于混料机内混合10～60分钟。
对于轻污染的废水，例如轻污染的生活废水，经本发明的微电极处 理后可得到直接排放的标准，但处理时间比普通生化处理系统明显缩 短：对于重污染的废水，可以采用本发明的微电极与生化处理系统进行 联合处理，以实现废水的达标排放，因为本发明的微电极可在碱性条件 下使难于降解的污染物质发生微电解反应。
与现有铁、碳为主要组份的微电极相比，本发明的微电极可在碱性 条件下发生氧化还原反应，直接应用于碱性工业废水的微电解处理，工 业废水无需预先酸化，简化了流程，降低了成本，对某些废水的处理效 果优于铁碳微电极。
