公布日：2022.06.14
申请日：2022.03.28
分类号：C02F3/00(2006.01)I;C02F3/28(2006.01)I;C02F1/461(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料及制备方法，该废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料的原料包括铁粉、活性炭、石膏粉、复合金属粉和聚四氟乙烯；所述铁粉的粒径为100μm～300μm，所述活性炭为粉末状活性炭，粉末状活性炭的粒径为200μm～400μm，所述复合金属粉的粒径为50μm～100μm，所述复合金属粉为铜粉、锰粉和钛粉。本发明的废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料可有效实现铁碳耦合载体材料功能，铁、活性炭和复合金属形成原电池结构，利用原电池结构中不同金属间电位差所形成多种电子转移途径，实现电解，具有电解速率高，解决传统零价铁粉易氧化钝化致处理效率低下的问题。
权利要求书
1.一种废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料，其特征在于，原料包括铁粉、活性炭、石膏粉、复合金属粉和聚四氟乙烯；所述铁粉的粒径为100μm～300μm，所述活性炭为粉末状活性炭，粉末状活性炭的粒径为200μm～400μm，所述复合金属粉的粒径为50μm～100μm，所述复合金属粉为铜粉、锰粉和钛粉。
2.根据权利要求1所述的废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料，其特征在于，所述原料中铁粉、活性炭、石膏粉、复合金属粉和聚四氟乙烯的质量比为8：6：1：1：4。
3.根据权利要求1所述的废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料，其特征在于，所述复合金属粉中铜粉的质量百分含量为60％，锰粉的质量百分含量为20％，钛粉的质量百分含量为20％。
4.一种制备如权利要求1所述的废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料的方法，其特征在于，包括：步骤一、将所述铁粉、活性炭、石膏粉、复合金属粉与去离子水混合；步骤二、将步骤一混合后体系进行造粒，得到粒料；步骤三、将步骤二所述粒料置于无水乙醇中，超声20min～40min，过滤；步骤四、将步骤三过滤所得颗粒置于含聚四氟乙烯的乳浊液中，超声0.5h～1.5h；步骤五、向步骤四超声后体系中通入氮气，于60℃～120℃温度条件下处理0.5h～2h；步骤六、将步骤五处理后颗粒置于管式炉中，以4℃min-1～10℃min-1的升温速率升至400℃～800℃保持20min～40min进行预热，然后以5℃min-1～7℃min-1的升温速率升至900℃～1500℃保持0.5h～2h进行真空碳化，通入氮气至冷却至室温，得到废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤二中所述粒料的粒径为10μm～40μm。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤三中所述无水乙醇的质量为粒料质量的1倍～3倍。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤四中所述含聚四氟乙烯的乳浊液为聚四氟乙烯与去离子水的乳浊液，所述含聚四氟乙烯的乳浊液中聚四氟乙烯的质量百分含量为20％～60％。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤五中所述氮气的流速为0.2L/min～0.4L/min。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤六中预热和真空碳化过程中所述管式炉中的气氛为H2气氛或CO气氛。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料及制备方法。本发明以铁粉、活性炭、石膏粉、复合金属粉和聚四氟乙烯为原料，得到的废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料可有效实现铁碳耦合载体材料功能，铁、活性炭和复合金属形成原电池结构，利用原电池结构中不同金属间电位差所形成多种电子转移途径，实现电解，具有电解速率高，解决传统零价铁粉易氧化钝化致处理效率低下的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料，其特征在于，原料包括铁粉、活性炭、石膏粉、复合金属粉和聚四氟乙烯；所述铁粉的粒径为100μm～300μm，所述活性炭为粉末状活性炭，粉末状活性炭的粒径为200μm～400μm，所述复合金属粉的粒径为50μm～100μm，所述复合金属粉为铜粉、锰粉和钛粉。
上述的废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料，其特征在于，所述原料中铁粉、活性炭、石膏粉、复合金属粉和聚四氟乙烯的质量比为8：6：1：1：4。
上述的废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料，其特征在于，所述复合金属粉中铜粉的质量百分含量为60％，锰粉的质量百分含量为20％，钛粉的质量百分含量为20％。
此外，本发明还提供一种制备上述的废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料的方法，其特征在于，包括：
步骤一、将所述铁粉、活性炭、石膏粉、复合金属粉与去离子水混合；
步骤二、将步骤一混合后体系进行造粒，得到粒料；
步骤三、将步骤二所述粒料置于无水乙醇中，超声20min～40min，过滤；
步骤四、将步骤三过滤所得颗粒置于含聚四氟乙烯的乳浊液中，超声0.5h～1.5h；
步骤五、向步骤四超声后体系中通入氮气，于60℃～120℃温度条件下处理0.5h～2h；
步骤六、将步骤五处理后颗粒置于管式炉中，以4℃min-1～10℃min-1的升温速率升至400℃～800℃保持20min～40min进行预热，然后以5℃min-1～7℃min-1的升温速率升至900℃～1500℃保持0.5h～2h进行真空碳化，通入氮气至冷却至室温，得到废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料。
上述的方法，其特征在于，步骤二中所述粒料的粒径为10μm～40μm。
上述的方法，其特征在于，步骤三中所述无水乙醇的质量为粒料质量的1倍～3倍。
上述的方法，其特征在于，步骤四中所述含聚四氟乙烯的乳浊液为聚四氟乙烯与去离子水的乳浊液，所述含聚四氟乙烯的乳浊液中聚四氟乙烯的质量百分含量为20％～60％。
上述的方法，其特征在于，步骤五中所述氮气的流速为0.2L/min～0.4L/min。
上述的方法，其特征在于，步骤六中预热和真空碳化过程中所述管式炉中的气氛为H2气氛或CO气氛。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明以铁粉、活性炭、石膏粉、复合金属粉和聚四氟乙烯为原料，得到的废水脱氮用铁碳耦合生物颗粒载体材料可有效实现铁碳耦合载体材料功能，铁、活性炭和复合金属形成原电池结构，利用原电池结构中不同金属间电位差所形成多种电子转移途径，实现电解，针对COD/TN＜2，NH3-N为20～50mg/L的污水，本发明总氮(TN)脱除效果达90％以上，具有电解速率高的特点。
2、作为优选，本发明的聚四氟乙烯可有效稳固生物膜，调控处理过程中的金属溶出率，促进脱氮反应进行。
3、作为优选，本发明的复合金属粉末为铜粉、锰粉和钛粉，可有效结合催化铁碳微电解与微生物脱氮耦合，利用金属所具有的电位差实现催化铁碳微电解反应的发生，使反应在中性和碱性条件下具有较高电解速率，同时营造适宜微生物生长微环境，利于反硝化电子供体原位持续生成，实现基于催化铁碳微电解原位供电子生物的深度脱除尾水氮素系统。
4、本发明铁粉可以为钢铁厂生产的废铁，工艺简单、脱除效率高、成本低且无二次污染，利于进行废物资源利用，利于推广应用。
（发明人：朱龙海;杨国祥;于再基）
