一種摻混改性腐殖酸的炭化秸稈/硅藻土分子篩除錳吸附劑的製作方法

2023-08-07 11:12:41 2

本發明涉及水處理材料技術領域，尤其涉及一種摻混改性腐殖酸的炭化秸稈/硅藻土分子篩除錳吸附劑。

背景技術：

目前，我國大多數城市已經或逐步將水庫和湖泊作為城市供水的主要來源，因此水庫和湖泊在水源地城市起到很重要的作用，水庫和湖泊與人類生活、生產密切相關，它不僅作為飲用水和生產用水的水源，湖泊水在對自然環境的調節上也有著十分顯著作用，但在夏季隨著水庫分層事件的發生，伴隨庫底缺氧，孔隙水中錳向上覆湖水遷移，氧化還原邊界層上移進入水庫中，導致底泥中的錳向上覆水體大量釋放，界面水中溶解態Mn2+濃度明顯升高，導致取水中的錳濃度升高，飲用水源的錳汙染日益嚴重，使自來水廠原水錳超標，不但增加了淨水處理的難度，對供水管網系統也造成不良影響。

早在上個世紀60年代水除錳技術的研究就開始引起人們的關注，隨著技術的進步，除錳方法也經歷了不同的階段，主要包括化學氧化劑氧化、接觸催化氧化、生物氧化以及錳氧化物負載濾料除錳等等技術階段，其中負載濾料除錳技術是近年來一類具有較大應用潛力的處理方法。《納米分子篩和硅藻土吸附除去水中錳離子的研究》一文探索了以納米分子篩和硅藻土作為濾料，達到了較為理想的除錳效果，但是其去除效果受體系pH值的影響較大，還會改變體系的pH值，大量使用將會導致飲用水pH不達標，且其吸附能力有效，不適合大規模使用。

技術實現要素：

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種摻混改性腐殖酸的炭化秸稈/硅藻土分子篩除錳吸附劑。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種摻混改性腐殖酸的炭化秸稈/硅藻土分子篩除錳吸附劑，其特徵在於，所述的吸附劑由以下重量份的原料製成：秸稈10-15、硅藻土50-60、硫酸錳5-6、高錳酸鉀2-3、亞硫酸鈉0.1-0.2、腐殖酸4-5、硫酸溶液適量、氫氧化鈉50-60、聚苯乙烯磺酸鈉2-3、去離子水適量。

一種摻混改性腐殖酸的炭化秸稈/硅藻土分子篩除錳吸附劑的製備方法包括以下步驟：

（1）將秸稈清洗乾淨後脫水乾燥粉碎，處理後的物料在300-400℃條件下炭化處理，得炭化秸稈粉備用；

（2）將硅藻土在500-550℃條件下焙燒2-3h後取出冷卻，隨後投入濃度為2mol/L的硫酸溶液中，在80-90℃條件下混合反應5-8h，反應結束後經過濾、水洗、乾燥，得純化硅藻土粉備用；

（3）將高錳酸鉀溶於去離子水中，配製成濃度為10-20%的溶液備用，將硫酸錳溶於去離子水中，配製成濃度為20-30%的溶液，接著加入亞硫酸鈉，攪拌至其完全溶解後加入腐殖酸，高速攪拌混合30-40min後加入高錳酸鉀溶液，繼續攪拌混合40-50min後加入適量硫酸溶液和氫氧化鈉調節體系pH值為5-5.0，隨後繼續攪拌混合2-3h，所得物料經抽濾、水洗、乾燥後備用；

（4）將炭化秸稈粉、純化硅藻土粉與氫氧化鈉混合，在550-600℃條件下焙燒1-1.5h，所得產物冷卻至室溫後與步驟（3）製備的物料混合，投入去離子水中，超聲處理2-3h後加入聚苯乙烯磺酸鈉，繼續超聲分散30-40min後投入反應釜中，在110-150℃條件下反應60-80h，反應結束後取出冷卻至室溫，再經抽濾、水洗、乾燥、成型後即得所述吸附劑。

本發明採用秸稈和硅藻土作為吸附劑基料，降低了生產成本，並在基料中摻混了改性腐殖酸吸附材料，這種改性腐殖酸是利用合成的膠態納米二氧化錳及游離錳離子與其絡合製成，從而提高了吸附劑對水體中錳離子的選擇吸附性，促進了表面除錳活性膜的熟化過程；此外這種新型吸附劑具有獨特的納米分子篩結構，吸附過程更快，也便於脫附後再次使用，較之傳統的除錳材料效率更高、受水體pH值影響小，不汙染水體，吸附靈敏度高，尤其適合輕量錳超標的飲用水源處理。

具體實施方式

該實施例的吸附劑由以下重量份的原料製得：秸稈12、硅藻土55、硫酸錳5、高錳酸鉀2.5、亞硫酸鈉0.1、腐殖酸4、硫酸溶液適量、氫氧化鈉55、聚苯乙烯磺酸鈉2.5、去離子水適量。

製備方法為：

（1）將秸稈清洗乾淨後脫水乾燥粉碎，處理後的物料在350℃條件下炭化處理，得炭化秸稈粉備用；

（2）將硅藻土在550℃條件下焙燒2.5h後取出冷卻，隨後投入濃度為2mol/L的硫酸溶液中，在80-90℃條件下混合反應6h，反應結束後經過濾、水洗、乾燥，得純化硅藻土粉備用；

（3）將高錳酸鉀溶於去離子水中，配製成濃度為10%的溶液備用，將硫酸錳溶於去離子水中，配製成濃度為20%的溶液，接著加入亞硫酸鈉，攪拌至其完全溶解後加入腐殖酸，高速攪拌混合35min後加入高錳酸鉀溶液，繼續攪拌混合45min後加入適量硫酸溶液和氫氧化鈉調節體系pH值為5-5.0，隨後繼續攪拌混合2.5h，所得物料經抽濾、水洗、乾燥後備用；

（4）將炭化秸稈粉、純化硅藻土粉與氫氧化鈉混合，在550℃條件下焙燒1.5h，所得產物冷卻至室溫後與步驟（3）製備的物料混合，投入去離子水中，超聲處理2.5h後加入聚苯乙烯磺酸鈉，繼續超聲分散35min後投入反應釜中，在120℃條件下反應70h，反應結束後取出冷卻至室溫，再經抽濾、水洗、乾燥、成型後即得所述吸附劑。

將該吸附劑以除錳池體積的0.5倍進行填充，選取合肥大房郢水庫底層Mn2+濃度為0.8mg/L的河水進行測試，在1m3/h的流速下運行30天，出水中Mn2+的濃度為0.05mg/L，遠低於國家標準。