基于粘土/碳材料复合电极及其生产方法、应用 【技术领域】
本发明涉及一种用于印染废水的粘土/碳材料复合电极及其其生产方法、应用。
背景技术
随着工业化进程的不断深入，全球性环境污染日益破坏着地球的生态平衡，并对人类的生存构成威胁。纺织印染行业是工业的重要组成部分，排放废水量大，污染物浓度高，是工业废水中较难治理的废水之一。
我国是世界纺织印染工业第一大国，印染废水治理责任重大，现行的印染废水处理方法大多采用生物处理法，然而，该方法需要消耗大量的生化试剂，代价不菲，且生物处理法还存在处理周期长、对一些污染物不能奏效的缺点；另外有些纺织印染企业采用化学处理法，其中使用较多的是中和法和化学沉淀法，这两种方法也存在难以克服的缺点—向印染废水中投加药剂，在消除原有污染的同时，又造成二次污染。如中和法需要向废水中投加硫酸、硝酸或者石灰等；而化学沉淀法则需要向废水中投加氢氧化物、硫化物、碳酸盐和卤化物等。同时上述两种方法在对印染废水脱色方面也很困难。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种基于粘土/碳材料复合电极，该电极对有机染料有很强的吸附能力和很宽的氧化电位窗，使得该电极可完全地氧化有机染料，使有机染料被分解为更小的分子，以达到有效脱色的目的，同时大幅地降低废水中的COD，处理成本低。
本发明的技术方案是：一种基于粘土/碳材料复合电极，包括粘土、碳复合材料，其特征在于：粘土与碳复合材料的重量比为(0.05～25)∶(99.95～75)，所述粘土的粒径小于100nm。
所述基于粘土/碳材料复合电极，其特征在于：粘土与碳材料的重量比为(0.5～20)∶(99.5～80)。
所述基于粘土/碳材料复合电极，其特征在于：粘土与碳材料的重量比为(1～10)∶(99～90)。
所述基于粘土/碳材料电极中粘土为高岭土、蒙脱石粘土、蛭石粘土或凹凸棒石粘土中的至少一种。
所述基于粘土/碳材料复合电极中碳材料为膨胀石墨或石墨烯。
该电极对有机染料有很强的吸附能力和很宽的氧化电位窗，使得该电极可完全地氧化有机染料，使有机染料被分解为更小的分子，以达到有效脱色的目的，同时大幅地降低废水中的COD和染料废水的处理成本。
本发明的第二目的是提供上述基于粘土/碳材料复合电极的生产方法：
按粘土与碳材料的重量比为(0.05～25)∶(99.95～75)称取粘土和碳材料，将粘土与碳材料混合后，在10MPa的压力下，压制成粘土/碳复合材料板状电极，该电极做电解槽的阳极。
本发明的第三目的是：提供一种基于粘土/碳材料复合电极的应用：
将基于粘土/碳材料复合电极用于印染废水快速处理，该方法操作方便，不造成二次污染。
一种基于粘土/碳材料复合电极的印染废水快速处理方法，采用基于粘土/碳复合材料板状电极为电解槽的阳极，铜片作为阴极，向印染废水中加入电解质氯化钠、氯化钾、硫酸钾或硫酸钠，使其浓度为0.1mol/L，采用恒电流的方式进行电解，最佳的电流密度为75A/m2。
为了确认粘土/碳复合材料电极电解印染废水的脱色效果，取色度约为500倍的实际废水，用紫外-可见分光光度法进行评价，首先将未处理的废水用紫外-可见分光光度计进行测量，确定最大吸收波长下的吸光值，测量将实际废水用粘土/碳复合材料电极电解到无色(用紫外-可见分光光度计测量在最大吸收波长处无吸收)所用的时间。
印染废水CODCr的电解效果评价为，取CODCr约为1000mg/L的实际废水，在将印染废水电解至无色后，使用COD测量仪进行测量。
本发明的有益效果在于：采用电化学这种清洁处理方法，在除去印染废水中污染物的同时，不造成二次污染；同时由于采用粘土/碳复合材料作为电化学处理的电极，不仅可以提高处理效率(提高脱色率和较大幅度降低COD值)，而且由于在处理过程中只涉及电能，因此可以大幅度地降低处理废水的成本。
具体实施例
取一定量的粘土和碳材料按比例进行充分混合，在10MPa的压力下，压制成粘土/碳复合材料板状电极，该电极做电解槽的阳极。
以下根据实施例对本发明的效果进行说明，实施例中列举的粘土选择了凹凸棒石粘土，碳材料选用了膨胀石墨，本发明不仅限于以下的实施例，也可根据上述的说明选用如高岭土、蒙脱石粘土或蛭石粘土，对于碳材料，实施例中列举了膨胀石墨，同样也可根据上述说明选取石墨烯。
实施例
按粘土与碳材料地重量比为(0.05～25)∶(99.95～75)称取粘土和碳材料，粘土与碳材料混合后，在10MPa的压力下，压制成粘土/碳复合材料板状电极，该电极做电解槽的阳极。
印染废水快速处理方法的操作过程如下，废水来自于印染厂的实际废水，其色度约为500倍，CODCr约为1000mg/L，取100ml的实际印染废水，向印染废水中加入NaCl使其浓度为0.1mol/L。以凹凸棒石粘土/膨胀石墨的复合材料作阳极，以铜片作阴极，采用恒电流的方法进行电解，电流密度为75A/m2，记录染料废水至无色的时间，同时测定废水中COD的下降程度。电极的组成以及电解至无色的时间和COD的下降程度列于表1。
表1 本发明电极组成、脱色时间和COD下降程度
比较例
为了说明本发明对印染废水处理的效果，发明人考察了以石墨电极或金电极作为阳极来处理印染废水，以铜片作阴极，采用恒电流的方法进行电解，电流密度为75A/m2，记录染料废水至无色的时间，同时测定废水中COD的下降程度，电极的组成以及电解至无色的时间和COD的下降程度列于表2。上述三种电极的脱色效果和COD的下降程度均不及实施例中的凹凸棒石粘土/膨胀石墨的复合电极。
表2 石墨电极、金电极的脱色时间和COD下降程度
比较例 电极种类 脱色时间(min) COD下降度(％) 1 石墨电极 60 10％ 2 金电极 128 8％
通过以上示例说明：粘土/碳材料复合电极比石墨电极、金电极对印染废水处理有很好的脱色和COD处理效果。