利用废旧含铜活性炭催化剂和钻井泥浆制备的轻质阴极催化微电解填料及方法

利用废旧含铜活性炭催化剂和钻井泥浆制备的轻质阴极催化微电解填料及方法

1、本发明涉及一种利用废弃含铜活性炭催化剂和钻井泥浆制备的轻质阴极催化微电解填料及方法，属于固体废物资源化利用领域。

背景技术：

2、含铜活性炭常用作高纯气体、液体、炼油、石化工业的催化剂。 含铜活性炭催化剂长期使用后，会因铜氧化而失效，作为废催化剂存放在企业内。 由于催化剂中铜的丰度不高，不具有回收价值。 用作载体的活性炭由于铜元素的存在，不具有后续利用价值。 在油气开采、采矿、修井等过程中，会产生大量废泥浆。 废弃钻井泥浆中存在的钻屑、加重剂及其他添加剂、各种有机和无机盐、重金属元素等会对环境造成一定的危害。

3、微电解技术是处理高浓度有机废水的理想工艺。 也称为内电解。 它利用铁碳颗粒之间的电位差产生无数微型电池，让废水中的污染物通过电解。 通过氧化还原反应、冷凝、浮选、沉降即可达到净化的目的。 已有关于微电解填料的技术报道。 例如，公开了一种多相催化微电解填料及其制备方法。 它包括以下成分混合、成型和烧结而成。 各组分重量%含量为：无烟煤5%~25%、氧化铝粉8%~20%、粘土13%~26%、王先石5%~10%、结合剂1-2%、还原铁粉30- 50%、稀有贵金属0.5%~2%、复合增塑剂0.5%~3%，复合增塑剂包括水曲柳粘土、维罗球粘土、南坑高岭土； 其制备方法包括研磨、脱水、真空、成型、干燥、烧结等步骤。 但其成分复杂，使用稀有贵金属，成本较高。 一种铜基铁碳微电解催化剂，由工业氧化铜、氧化铁、褐煤、结构助剂、高粘剂组成。 其特征在于，工业氧化铜的重量百分比为10-20。 、氧化铁30-40、褐煤35-42、结构助剂5-40、高粘剂5-20，采用常规真空搅拌捏合后用模具压制而成铜基铁碳微电解催化剂毛坯，采用模具压制成型后，经150℃干燥，然后入窑1100-1300℃焙烧，得到铜基铁碳微电解催化剂。 但电解催化剂均采用工业原料，成本较高。

4、目前现有技术中的钻井泥浆处理大多采用铁碳微电解等处理进行资源化利用，如：公开的天然气田污水及固体污染物综合处理工艺方法、本发明公开了油气田钻井废弃物整体达标处理工艺及装置的方法。 然而，现有技术中尚未见利用钻井泥浆制备微电解填料的报道。

5、因此，迫切需要寻找吸收废弃含铜活性炭催化剂和钻井泥浆的方法，并用其制备性能良好的轻质阴极催化微电解填料。 目前还没有报告。

技术实现要素：

6、针对现有技术的缺点，本发明提供了一种利用废弃含铜活性炭催化剂和钻井泥浆制备的轻质阴极催化微电解填料及方法。 本发明以含铜活性炭废催化剂、铁矿粉和钻井泥浆为原料，共同制备轻质阴极催化微电解填料。其中，钻井泥浆和铁矿粉可以为制备轻质陶粒提供原料。

在骨架部分，钻井泥浆中的碱金属还可以起到助熔作用； 铁矿粉能产生气体，使陶粒膨胀； 铁矿粉和活性炭组成微电解系统，可以减少废水和活性炭的排放。 铜可作为催化材料，提高铁矿粉的还原能力。 金属铜的加入可以大大提高铁的还原能力，提高反应效率，使难降解有机物得到充分还原，适用的pH范围也更宽。 更重要的是，本发明成功回收了废弃的含铜活性炭催化剂和钻井泥浆，变废为宝。 所得微电解填料具有良好的催化性能，一石二鸟。

7、本发明的技术方案如下：

8、 一种轻质阴极催化微电解填料，以干基计，包括以下质量百分比的原料组成：

9、铁矿粉30-40%，含铜活性炭废催化剂5-10%，钻井泥浆50-65%。

10、根据本发明，优选地，所述铁矿粉为40-50级铁矿粉，即铁矿粉干基中铁含量为40-50%。 铁矿粉的主要成分是Fe2O3。

11、根据本发明，优选地，所述含铜活性炭废催化剂中铜的质量含量为1-3％。

12、根据本发明，优选地，钻井泥浆含有10％～15％的石油有机质，其余主要为无机质，主要成分为SiO2、Al2O3等粘土材料。 含水量在30%到45%之间。

13、根据本发明，优选地，所述光阴极催化微电解填料包括以下原料成分，以干基质量百分比计：

14、铁矿粉32-37%，含铜活性炭废催化剂5-7%，钻井泥浆56-62%。

15、 最优选的，所述轻质阴极催化微电解填料包括以下以干基质量百分比计的原料组成：

16、铁矿粉35%，含铜活性炭废催化剂5%，钻井泥浆60%。

17、根据本发明，上述轻质阴极催化微电解填料的制备方法，包括以下步骤：

18、（1）将含铜活性炭废催化剂和铁矿粉粉碎备用；

19、(2)将含铜活性炭废催化剂、铁矿粉、钻井泥浆按比例混合均匀，造粒制成生球；

20、(3)将原料球预热，在隔绝空气的条件下单独烧结，得到微电解填料。

21、根据本发明，优选地，步骤(1)中，将粉末粉碎至90-110目，最优选100目。

22、根据本发明，优选地，步骤（2）中生球的直径为4-8mm，最优选为6mm；

23、优选地，钻井泥浆的含水量为35-40％。

24、本发明优选的，步骤(3)中的预热温度为300-500℃，预热时间为20-40分钟；

25、优选的，所述烧结温度为700～1100℃，烧结时间为10～30min；

26、优选地，预热和烧结时的升温速率为5～10℃/min；

27、优选地，烧结完成后，进行水冷，得到微电解填料成品。

28、本发明的有益效果

29.1。 本发明采用含铜活性炭废催化剂与钻井泥浆结合制备轻质阴极催化微电解填料。 以含铜活性炭废催化剂为原料，提高铁的还原能力。 该材料适用的pH范围为2～6，比常规微电解陶粒具有更宽的pH范围，更实用。

30.2. 本发明成功回收了废弃含铜活性炭催化剂和钻井泥浆，变废为宝。 所得微电解填料具有良好的催化性能，一石二鸟。

31.3。 本发明的轻质阴极催化微电解填料的制备方法，原料种类较少，制备工艺简单，生产成本低。

32.4。 本发明的轻质阴极催化微电解填料具有优异的性能并且具有比商业铁碳填料更低的堆积密度。 本发明材料的堆积密度为900~/m3。

详细方式

33、下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但并不限于此。

34、所描述的具体实施例仅仅是本发明实施例的一部分，不能覆盖本发明的全部。 在不脱离本发明构思的情况下，任何熟悉本技术领域的人员都可以容易地想到落入本发明技术范围内的各种方案。 任何改变、改进或替换均应包含在本发明权利要求所确定的保护范围之内。

35、本实施例所用铁矿粉为40-50级铁矿粉，即铁矿粉干基中铁含量为40-50%。 铁矿粉的主要成分是Fe2O3。

36、废含铜活性炭废催化剂中铜的质量含量为1-3%。

37、所用钻井泥浆含石油有机质10%～15%，其余主要为无机质，其主要成分为SiO2、Al2O3等粘土物质。 含水量在30%到45%之间。

38、所用含铜活性炭废催化剂和钻井泥浆均取自胜利油田。

39. 示例 1：

40、一种含铜活性炭废催化剂和钻井泥浆制备的轻质阴极催化微电解填料，其原料质量百分比为：铁矿粉30%、含铜活性炭废催化剂5% ，钻井泥浆（干重）65%。

41、一种利用上述含铜活性炭废催化剂与钻井泥浆结合制备轻质阴极催化微电解填料的制备方法，包括以下步骤：

42、(1)将含铜活性炭废催化剂和铁矿粉放入破碎机中，破碎30～60分钟至100目；

43、(2)将含铜活性炭废催化剂、钻井泥浆和铁矿粉混合均匀； 用制粒机将其制成直径6mm左右的生球；

44. (3)将生球放入马弗炉中，在隔绝空气的条件下，先升温至300℃，预热40分钟，然后升温至800℃，烧结10分钟，然后直接取出，放入水中冷却，即得到轻质阴极催化微电解填料成品； 整个过程以5℃/min的速率加热。

45. 示例 2：

46、一种含铜活性炭废催化剂与钻井泥浆制备的轻质阴极催化微电解填料，其由以下质量百分比的原料制成：铁矿粉35%、含铜活性炭废催化剂5%，钻井泥浆（干重）60%。

47、上述含铜活性炭废催化剂结合钻井泥浆制备轻质阴极催化微电解填料的制备方法，包括以下步骤：

48、（1）将含铜活性炭废催化剂和铁矿粉放入破碎机中，破碎30～60分钟至100目；

49、(2)将含铜活性炭废催化剂、钻井泥浆和铁矿粉混合均匀； 用制粒机将其制成直径6mm左右的生球；

50、（3）将生球放入马弗炉中，在隔绝空气的条件下，先升温至400℃，预热30分钟，然后升温至900℃，烧结10分钟，然后直接取出，放入水中冷却，即得到轻质阴极催化微电解填料成品； 整个过程加热速度为5℃/min。

51、实施例3：

52、一种含铜活性炭废催化剂与钻探泥浆制备的轻质阴极催化微电解填料，其特征在于，由以下质量百分比的原料制成：铁矿粉35%、含铜活性炭废催化剂10%、钻探泥浆（干重）55%。

53、上述含铜活性炭废催化剂与钻井泥浆结合制备轻质阴极催化微电解填料的制备方法，包括以下步骤：

54、(1)将含铜活性炭废催化剂和铁矿粉放入破碎机中，破碎30～60分钟至100目；

55、（2）将含铜活性炭废催化剂、钻井泥浆、铁矿粉混合均匀； 用制粒机将其制成直径6mm左右的生球；

56. (3)将生球放入马弗炉中，在隔绝空气的条件下，先升温至500℃，预热20分钟，然后升温至1000℃，烧结10分钟，然后直接取出，放入水中冷却，即得到轻质阴极催化微电解填料成品； 整个过程加热速度为5℃/min。

57. 示例 4：

58、一种含铜活性炭废催化剂与钻井泥浆制备的轻质阴极催化微电解填料，其原料质量百分比如下：铁矿粉35%、含铜活性炭废催化剂5% ，钻井泥浆（干重）60%。

59、一种利用上述含铜活性炭废催化剂与钻井泥浆结合制备轻质阴极催化微电解填料的制备方法，包括以下步骤：

60、(1)将含铜活性炭废催化剂和铁矿粉放入破碎机中，破碎30～60分钟至100目；

61、(2)将含铜活性炭废催化剂、钻井泥浆、铁矿粉混合均匀； 用制丸机制成直径6mm左右的生丸；

62. (3)将生球放入马弗炉中，在隔绝空气的条件下，先升温至500℃，预热20分钟，然后升温至1100℃，烧结10分钟，然后直接取出，放入水中冷却，即得到轻质阴极催化微电解填料成品； 整个过程加热速度为10℃/min。

63.测试例1

64、测试实施例1-4制备的轻质阴极催化微电解填料的各种性能，如表1所示。

65.表1

[0066][0067][0068]

从表1可以看出，本发明的轻质阴极催化微电解填料的填充密度为900μm/m3。 市售铁碳陶粒的堆积密度为1000个/m3，本发明的堆积密度比市售铁碳填料低。

[0069]

测试例2

[0070]

为了测试实施例1-4制备的光阴极催化微电解填料的催化性能，以200ml 100mg/l硝基苯废水为处理对象，添加20g填料，在以下条件下进行测试厌氧性和初始pH 3 。 结果如表2所示。

[0071]

表2

[0072]

编号 30min去除率(%) 60min去除率(%) 90min去除率(%) 去除率(%) 例156.375.082.380.1 例257.473.280.276.6

实施例 349.369.375.571.1 实施例 446.867.672.869.9 市售铁碳填料 33.643.248.354.6

[0073]

由表2可以看出，本发明的轻质阴极催化微电解填料的催化性能优于市售铁碳填料，在处理速率和处理效果上均优于市售铁碳填料。 。

技术特点：

1.一种轻质阴极催化微电解填料，其特征在于，以干基计，其原料质量百分比为：铁矿粉30-40%、含铜活性炭废催化剂5-10%、钻井泥浆50%~65%。 2.根据权利要求1所述的轻质阴极催化微电解填料，其特征在于，所述铁矿粉为40-50级铁矿粉，即：所述铁矿粉干基中铁含量为40-50。 50%； 铁矿粉的主要成分是Fe2O3。 3.根据权利要求1所述的光阴极催化微电解填料，其特征在于，所述含铜活性炭废催化剂中铜的质量含量为1-3%。 4.根据权利要求1所述的轻质阴极催化微电解填料，其特征在于，所述钻井泥浆的含水量为30-45%。 5.根据权利要求1所述的光阴极催化微电解填料，其特征在于，以干基计，所述光阴极催化微电解填料包括以下质量百分比的原料成分：铁矿石粉32〜37%，含铜活性炭废催化剂5-7%，钻井泥浆56-62%。 6.根据权利要求1所述的光阴极催化微电解填料，其特征在于，以干基计，所述光阴极催化微电解填料包括以下质量百分比的原料成分：铁矿粉35％。 、含铜活性炭废催化剂5%、钻井泥浆60%。 7.根据权利要求1所述的光阴极催化微电解填料的制备方法，包括以下步骤： (1)将含铜活性炭废催化剂和铁矿粉粉碎备用； (2)将含铜活性炭废催化剂粉碎，将铁矿粉和钻井泥浆按比例混合均匀，造粒制成生球； (3)将生球预热并在隔绝空气的条件下分别烧结，得到微电解填料。 8.根据权利要求7所述的轻质阴极催化微电解填料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，将填料粉碎至90-110目。 9.根据权利要求7所述的轻质阴极催化微电解填料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中的生球直径为4-8mm； 优选地，钻井泥浆的含水量为35％-40％。 10.根据权利要求7所述的轻质阴极催化微电解填料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，预热温度为300-500℃，预热时间为20-40分钟。 优选地，烧结温度为700～1100℃，烧结时间为10～30分钟； 优选地，预热烧结过程的升温速率为5～10℃/min； 优选地，烧结完成后，水冷即可得到微电解填料成品。

技术总结

本发明涉及一种利用废弃含铜活性炭催化剂和钻井泥浆制备轻质阴极催化微电解填料及方法。 该填料的原料组成以干基质量百分比计为：铁矿粉30～40％、含铜活性炭、废催化剂5～10％、钻井泥浆50～65％。 将含铜活性炭废催化剂和铁矿粉粉碎备用； 将含铜活性炭废催化剂、铁矿粉、钻井泥浆按比例混合均匀，造粒制成生球； 将生球置于隔绝空气的条件下，然后分别经过预热和烧结得到微电解填料。 本发明制备的含铜活性炭废催化剂与钻井泥浆制备的轻质阴极催化微电解填料相结合，不仅有利于含铜活性炭废催化剂及钻井泥浆的资源化利用，而且比普通微电解材料具有更好的性能。 。 电解材料的性能。

技术研发人员：齐元峰、沉传龙、任鹏、奚飞、王晓辉、江波、何凯

受保护技术使用者：青岛理工大学

技术研发日：2022.01.14

技术公告日期：2022/4/15