一种利用浓缩垃圾渗滤液制备高活性原电池滤料的方法及其产品

本发明涉及一种利用浓缩垃圾渗滤液制备高活性原电池滤料的方法及其产品，属于污染废液处置及资源化利用领域。

背景技术：

1、垃圾渗滤液作为垃圾填埋和贮存过程中产生的必然副产物，其化学特性及环境影响一直是环保领域的研究重点。这种高浓度有机废水，其生成过程复杂且成分多变，主要源于垃圾在填埋场的物理压实、化学分解以及生物发酵等多重作用。在填埋初期，渗滤液主要来源于垃圾本身所含的水分以及外部降水的入渗；随着时间的推移，垃圾中的有机物质在微生物作用下逐渐分解，产生更多的水分和溶解性物质，导致渗滤液的浓度和毒性逐渐升高。渗滤液中含有的溶解性有机物种类繁多，包括脂肪酸、腐殖质、氨基酸等，这些有机物在厌氧条件下会进一步发酵产生恶臭气体，如硫化氢、甲烷等，不仅影响环境质量，还存在爆炸风险。此外，渗滤液中还含有大量的无机盐类，如氯离子、硫酸根离子等，这些盐类在浓缩过程中会进一步富集，增加处理的难度和成本。降雨和地下水渗透等自然因素也是渗滤液产生量增加的重要原因。降雨会导致填埋场表面水分增加，进而通过垃圾层渗透到下层形成渗滤液；而地下水渗透则可能携带外部污染物进入填埋场，与渗滤液混合，进一步加剧其成分的复杂性。

2、当前，渗滤液的处理主要采用物理法（如吸附、膜分离）、化学法（如混凝沉淀、化学氧化）和生物法（如好氧处理、厌氧处理等）。然而，这些方法在处理过程中往往会产生大量的浓缩垃圾渗滤液，其有机物和无机盐浓度远高于原渗滤液，处理难度更大。这些浓缩渗滤液若未经妥善处理而直接排放，将对土壤、水体和大气环境造成严重的污染和破坏。浓缩渗滤液中污染物会破坏土壤结构，降低土壤肥力，影响农作物的生长和品质。同时，渗滤液中的有害物质还可能通过土壤进入地下水系统，对饮用水安全构成威胁。此外，渗滤液中的恶臭气体和挥发性有机物会污染大气环境，影响居民的生活质量。因此，对于浓缩垃圾渗滤液的处理和处置，必须采取科学、合理、有效的方法，以最大程度地减少其对环境的危害。这不仅需要我们深入研究渗滤液的生成机理和污染特性，还需要开发新的处理技术和工艺，以实现渗滤液的减量化、无害化和资源化利用。

3、尽管浓缩垃圾渗滤液的环境危害严重，但从资源化的角度来看，其高浓度的有机物和无机盐成分也为制备高活性原电池滤料提供了可能。原电池滤料是一种新型的功能材料，能够通过电化学过程实现废水中的污染物转化。理论上，浓缩垃圾渗滤液中的有机物可以作为原电池滤料中的碳源，通过特定的处理工艺将其转化为具有高导电性和稳定性的材料。这些材料不仅能够参与电化学反应，还能够提高原电池滤料的电化学性能。同时，渗滤液中的无机盐成分也可以作为电解质或催化剂的原料，通过合适的化学反应制备出具有催化活性的物质，用于加速电化学反应的进行。利用浓缩垃圾渗滤液制备高活性原电池滤料不仅为我们提供了一种新的资源化利用思路，还有助于推动环保领域的技术创新和产业升级。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了一种利用浓缩垃圾渗滤液制备高活性原电池滤料的方法及其产品。

2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种利用浓缩垃圾渗滤液制备高活性原电池滤料的方法，包括以下步骤：

3、（1）分别称取铁粉和浓缩垃圾渗滤液，连续搅拌，再静置陈化，置于真空干燥箱中烘干，取出，进行研磨，置于气氛炉中进行碳化处置，得到铁碳粗粉；

4、（2）将浓缩垃圾渗滤液喷撒到步骤（1）中所述铁碳粗粉上，烘干，置于低温等离子体反应器中照射，得到高活性原电池滤料。

5、其中，步骤（1）中所述铁粉和浓缩垃圾渗滤液的固液比为0.2~1.2:1g/ml。

6、其中，步骤（1）中所述连续搅拌的时间为0.5~7.5小时。

7、其中，步骤（1）中所述静置陈化的时间为2~24小时。

8、其中，步骤（1）中所述烘干温度为50~150℃。

9、其中，步骤（1）中所述气氛炉中作用气氛为氮气或氩气，气氛炉作用温度为350~750℃，气氛炉作用时间为0.5~4.5小时。

10、其中，步骤（2）中所述浓缩垃圾渗滤液和铁碳粗粉的液固比为0.1~0.3:1ml/g。

11、其中，步骤（2）中所述烘干温度为50~150℃。

12、其中，步骤（2）中所述照射的时间为0.25~4.75小时，电压为5~45kv。

13、本发明还提供了一种由所述方法制备的高活性原电池滤料。

14、反应机理：

15、混合铁粉和浓缩垃圾渗滤液，在搅拌和陈化过程中，垃圾渗滤液浓缩液中的有机质、氨氮及磷污染物吸附在铁粉颗粒表面，渗滤液浓缩液中的有机酸物质可腐蚀铁粉表面，释放亚铁离子及氢气，从而是铁粉表面出现电位差活性点。释放的亚铁离子可结合磷酸盐和氨氮污染物，形成络合物沉淀物吸附在铁粉颗粒表面。将渗料粉置于气氛炉中进行碳化处置，在高温环境下，渗料粉中吸附在铁粉表面及混掺在铁粉颗粒间的有机物质发生热解，形成碳基体及有机小分子气体。碳基体及有机小分子气体可促进亚铁离子重新还原并结合铁形成铁碳原电池物质。渗料粉中有垃圾渗滤液引入的无机盐不仅可以在高温环境下加速铁离子腐蚀，从而释放更多亚铁离子参与还原与络合反应，而且可渗入到铁碳原电池结构中形成电解质物质，从而激发原电池物质活性。将浓缩垃圾渗滤液喷撒到铁碳粗粉上，烘干过程中，垃圾渗滤液中的有机质、氨氮、磷污染物及其它无机盐吸附在铁碳粗粉颗粒表面或渗透到铁碳粗粉颗粒中。将铁碳渗滤粉置于低温等离子体反应器中照射，在放电通道中释放的氧自由基和氢氧根自由基可氧化吸附在铁碳粗粉颗粒表面的有机质、氨氮、磷污染物，并促进无机盐进一步向颗粒内部迁移。在自由基强氧化及局部释热作用下大分子有机物或油性有机物的碳链发生断链，形成多种有机官能团加载在铁碳粗粉颗粒表面，部分磷污染物结合氢自由基及水和电子发生水解聚合形成聚磷酸盐结构加载在铁碳粗粉颗粒表面或铁碳结构中。同时，在自由基及高能电子束轰击下，铁碳表面的部分铁发生氧化形成铁、亚铁、和三价铁共存的铁氧体物质。无机盐通过催化氧化及离子交换作用加速向铁碳源电池结构中迁移，从而进一步活化铁碳粗粉物质，最终形成高活性源电池滤料。

16、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明制备过程简单，所用原料仅为垃圾渗滤液和铁粉，原料来源广泛且易得，通过预反应、碳化、渗滤液再激发及等离子体活化步骤高效制备高性能源电池滤料。所制备滤料可高效净化废液中的重金属污染物及有机污染物，且所用滤料具有磁性，滤料回收率最高达85%。

技术特征：

1.一种利用浓缩垃圾渗滤液制备高活性原电池滤料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）中所述铁粉和浓缩垃圾渗滤液的固液比为0.2~1.2:1g/ml。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）中所述连续搅拌的时间为0.5~7.5小时。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）中所述静置陈化的时间为2~24小时。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）中所述烘干温度为50~150℃。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（1）中所述气氛炉中作用气氛为氮气或氩气，气氛炉作用温度为350~750℃，气氛炉作用时间为0.5~4.5小时。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（2）中所述浓缩垃圾渗滤液和铁碳粗粉的液固比为0.1~0.3:1ml/g。

8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（2）中所述烘干温度为50~150℃。

9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤（2）中所述照射的时间为0.25~4.75小时，电压为5~45kv。

10.一种由权利要求1~9任一项所述方法制备的高活性原电池滤料。

技术总结本发明公开了一种利用浓缩垃圾渗滤液制备高活性原电池滤料的方法及其产品，所述方法包括以下步骤：分别称取铁粉和浓缩垃圾渗滤液，连续搅拌，再静置陈化，置于真空干燥箱中烘干，取出，进行研磨，置于气氛炉中进行碳化处置，得到铁碳粗粉；将浓缩垃圾渗滤液喷撒到所述铁碳粗粉上，烘干，置于低温等离子体反应器中照射，得到高活性原电池滤料。本发明制备过程简单，所用原料仅为垃圾渗滤液和铁粉，原料来源广泛且易得，通过预反应、碳化、渗滤液再激发及等离子体活化步骤高效制备高性能源电池滤料。所制备滤料可高效净化废液中的重金属污染物及有机污染物，且所用滤料具有磁性，滤料回收率最高达85%。技术研发人员：崔嘉霖,黄涛,宋东平,孙小龙,夏运,冯玉轩,王百军,王鑫鑫,陈凯,罗冲,李爱英,张洋,狄洋阳,石建东受保护的技术使用者：常熟理工学院技术研发日：技术公布日：2024/8/5