CN102872816A - 一种去除天然水中锰离子的复合吸附材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除天然水体中的锰离子的复合吸附材料及制备方法。利用了腐殖酸与锰的络合反应以及改性火山岩滤料对锰的高吸附性能这一原理，将改性的火山岩滤料与腐殖酸结合起来，制备出高效处理水中锰离子的复合材料。本发明还涉及材料制备完成后的具体应用方法。本发明的材料简单，对设备的要求低，运行周期短，因而在运行和投资方面明显优于传统的氧化法。此外，本发明对锰离子的吸附性可达100％也是本发明的一大亮点。
Description
技术领域
本发明是一种去除天然水中锰离子的复合吸附材料及其制备方法，具体涉及含锰离子污水的处理，属于环境保护中污水净化处理领域。
背景技术
锰是人体必须的微量元素，是人体内多种酶的成分。但是，锰过量也会给人们的生活和生产带来很多不便和危害。首先，从感官上讲，水中的锰含量在0.5mg/L以上时，水就会产生令人不愉快的颜色和独特的臭味，而且会在衣物、器具上着色，很不美观。其次，从生理学上讲，人类摄入过量的锰，会造成相关器官的病变，对人体有慢性中毒现象。对于工业用水，如造纸工业、纺织工业、食品工业、酿造工业等，过多的锰含量使产品的色和味质量下降，从而造成巨大的经济损失。此外，在净水厂、配水管网以及锅炉中产生的沉积物、结垢等现象也会造成危害。
目前，已有一些发明专利公开锰离子的处理方法。如公开号为CN101333027的发明专利公开了去除水中铁锰离子滤料的制备方法及产品；公开号为CN101402486的发明专利则公开了用于铁锰离子超标地下水的膜处理系统及方法，原理为采用超滤膜截留，然而其仅仅适用于地下水。
对于锰离子的处理方法还有很多，包括自然氧化法、接触氧化法和微生物氧化法等。自然氧化法反应进程慢，工艺设备庞大，投资费用和运行费用很高；接触氧化法方法不严密，工艺流程趋于复杂，运行费用偏高；而微生物氧化物虽然降低了投资和运行费用，但是由于各地水质的差异，缺乏一整套规范化的调试运行方法。由此可见，诸如此类的传统方法，对于锰离子的处理方法还不完善。
水中腐殖酸会影响除锰效果，锰离子与腐殖酸络合形成的有机锰易吸附于载体表面。
改性火山岩滤料，通过对火山岩滤料进行表面改性后制得的。其除锰效果明显优于未改性的火山岩，能实现水中的锰离子 的100％去除。
因此，本发明利用腐殖质-改性火山岩滤料，提供了一种深度处理天然水中锰离子的新思路，具有广阔的发展前景。
发明内容
本发明的目的是：本发明针对传统的氧化法处理水中锰离子的高投资、处理进程缓慢、处理效率低等缺点，提供了一种去除天然水体中锰离子的复合吸附材料及其制备方法。本发明具有吸附效率高、操作简单、处理理程快、成本低等特点。
本发明的原理是：水中的腐殖酸能与水中的锰离子络合形成有机锰，有机锰易吸附于载体上，作为载体的改性火山岩滤料有很强的对锰的吸附能力，两者结合，从而实现对锰的彻底去除。
为达到本发明的目的，遵循原理，所设计的技术方案如下：
(1)首先取火山岩滤料100～150g，用蒸馏水反复冲洗3～5次，在50～60℃下烘干，过20目筛，取能过20目筛的颗粒，过30目筛，得到能过20目筛却不能过30目筛的部分颗粒；
(2)加入1mol/L的硝酸铁溶液120mL，搅拌30～40min，使两者混合均匀，快速搅拌3～4min，再加入3mol/L的氢氧化钾溶液100mL，静置1h，使氢氧化铁均匀涂布于火山岩滤料表面；
(3)将上述滤料置于马弗炉中，在400℃下烘烤1～2h，用去离子水反复冲洗2～3次，洗脱粘附不牢的物质，在90～100℃下烘干，即完成了对火山岩滤料的改性；
(4)取腐殖酸5～15g，加入到50mL的质量分数为20～30％的醋酸溶液中，搅拌30min混匀；
(5)向上述混合物中添加改性火山岩滤料20～30g，置于热水浴中，控制温度为50～60℃，2～3h后取出，自然晾干。
所述的腐殖酸可以是腐殖酸钠、腐殖酸钾或硝基腐殖酸中的一种。
本发明的具体应用方法为：取制备好的复合材料5g，投放到体积为300mL、锰离子浓度为50mg/L污水中，调节pH为5.5～6.5，静态吸附1～2h后，再测得污水中锰离子浓度在0.1mg.L以下，甚至彻底去除水中的锰离子，低于饮用水的最高允许浓度标准，出水稳定达标。
本发明的有益效果是：本发明制得的复合吸附材料，可以有效去除天然水体中的锰离子，处理效率甚至可以高达100％，使人类健康及各行各业免受锰离子造成的危害以及不便。本发明具有低成本、高吸附率、短周期、无二次污染、无负面影响等特点。
具体实施方式
本发明所采用的技术方案如下：
首先取火山岩滤料100～150g，用蒸馏水反复冲洗3～5次，在50～60℃下烘干，过20目筛，取能过20目筛的颗粒，过30目筛，得到能过20目筛却不能过30目筛的部分颗粒；加入1mol/L的硝酸铁溶液120mL，搅拌30～40min，使两者混合均匀，快速搅拌3～4min，再加入3mol/L的氢氧化钾溶液100mL，静置1h，使氢氧化铁均匀涂布于火由岩滤料表面：将上述滤料置于马弗炉中，在400℃下烘烤1～2h.用去离子水反复冲洗2～3次，洗脱粘附不牢的物质，在90～100℃下烘干，即完成了对火由岩滤料的改性；取腐殖酸5～15g，加入到50mL的质量分数为20～30％的醋酸溶液中.搅拌30min混匀；向上述混合物中添加改性火由岩滤料20～30g，置于热水浴中，控制温度为50～60℃，23h后取出，自然晾干。
结合实例做进一步说明。
实例1
首先取火由岩滤料100g，用蒸馏水反复冲洗3次，在50℃下烘干，过20目筛，取能过20目筛的颗粒，过30目筛，得到能过20目筛却不能过30目筛的部分颗粒：加入1mol/L的硝酸铁溶液120mL，搅拌30min，使两者混合均匀，快速搅拌3min，再加入3mol/L的氢氧化钾溶液100mL，静置1h，使氢氧化铁均匀涂布于火由岩滤料表面：将上述滤于置于马弗炉中，在400℃下烘烤1h.用去离水反复冲洗2次，洗脱粘附不牢的物质，在90℃下烘干，即完成了对火由岩滤料的改性：
取腐殖酸5g，加入到50mL的质量分数为20％的醋酸溶液中，搅拌30min混匀：向上述混合物中添加改性火由岩滤料20g，置于热水浴中，控制温度为50℃，2h后取出.自然晾干。
实例2
首先取火由岩滤料125g.用蒸馏水反复冲洗4次，在55℃下烘干，过20目筛，取能过20目筛的颗粒，过30目筛，得到能过20目筛却不能过30目筛的部分颗粒：圳入1mol/L的硝酸铁溶液120mL，搅拌35min，使两者混合均匀，快速搅拌4min，再加入3mol/L的氢氧化钾溶液100mL，静置1h，使氢氧化铁均匀涂布于火由岩滤料表面：将上述滤料置于马弗炉中，在400℃下烘烤1.5h，用去离子水反复冲洗3次，洗脱粘附不牢的物质，在95℃下烘干，即完成了对火岩滤料的的改性；
取腐殖酸10g，加入到50mL的质量分数为25的醋酸溶液中，搅拌30min混匀；向上述混合物中添加改性火由岩滤料25g，置于热水浴中，控制温度为55℃，2.5h后取出，自然晾干。
实例3
首先取火由岩滤料150g，用蒸馏水反复冲洗5次，在60℃下烘干，过20目筛，取能过20目筛的颗粒，过30目筛，得到能过20目筛却不能过30目筛的部分颗粒；加入1mol/L的硝酸铁溶液120mL，搅拌40min，使两者混合均匀，快速搅拌4min，再加入3mol/L的氢氧化钾溶液100L，静置1h，使氢氧化铁均匀涂布于火由岩滤料表面：将上述滤料置于马弗炉中，在400℃下烘烤2h，用去离子水反复冲洗3次，洗脱粘附不牢的物质，在100℃下烘干即完成了对火由岩滤料的改性；
取腐殖酸15g，加入到50mL的质量分数为30％的醋酸溶液中，搅拌30min混匀：向上述混合物中添加改性火由岩滤料30g.置于热水浴中，控制温度为60℃，3h后取出，自然晾干。
取实例1制得的复合吸附材料5g，投放到体积为300mL、锰离子浓度为50mg/L污水中，调节pH为5.5，静态吸附1h后，测得污水中锰离子浓度在0.064mg/L，吸附效率达99.88％。
取实例2制得的复合吸附材料5g，投放到体积为300mL、锰离子浓度为50mg/L污水中，调节pH为6.0，静态吸附2h后，测得污水中锰离子浓度在0.025mg/L，吸附效率达99.95％。
取实例3制得的复合吸附材料5g，投放到体积为300mL、锰离子浓度为50mg/L污水中，调节pH为6.5，静态吸附2h后，未检测出污水中锰离子的存在，吸附效率达100％，
Claims (3)
1.一种去除天然水体中锰离子的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于：复合吸附材料由改性火山岩滤料和腐殖酸制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种去除天然水体中锰离子的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于所述的腐殖酸和改性火山岩滤料的结合方法为：
(1)首先取火山岩滤料100～150g，用蒸馏水反复冲洗3～5次，在50～60℃下烘干，过20目筛，取能过20目筛的颗粒，过30目筛，得到能过20目筛却不能过30目筛的部分颗粒；
(2)加入1mol/L的硝酸铁溶液120mL，搅拌30～40min，使两者混合均匀，快速搅拌3～4min，再加入3mol/L的氢氧化钾溶液lOOmL，静置1h，使氢氧化铁均匀涂布于火山岩滤料表面；
(3)将上述滤料置于马弗炉中，在400℃下烘烤1～2h，用去离子水反复冲洗2～3次，洗脱粘附不牢的物质，在90～100℃下烘干，即完成了对火山岩滤料的改性；
(4)取腐殖酸5～15g，加入到50mL的质量分数为20～30％的醋酸溶液中，搅拌30min混匀；
(5)向上述混合物种添加改性火山岩滤料20～30g，置于热水浴中，控制温度为50～60℃，2～3h后取出，自然晾干。
3.根据权利要求2所述的一种去除天然水体中锰离子的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于：腐殖酸可以使腐殖酸钠、腐殖酸钾或硝基腐殖酸中的一种。
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