一种以含锰氧化物为原料制备废水重金属离子吸附剂的方法及应用

本发明属于环保材料，具体涉及一种以含锰氧化物为原料制备废水重金属离子吸附剂的方法及应用。

背景技术：

1、随着全球工农业化的快速发展，人类在开矿采矿、金属冶炼、机械制造、农业灌溉等工农业生产活动中会排放大量重金属，包括汞、铬、镉、铅、铜、锌、砷等，我国各个水域范围内都有不同程度的重金属水污染现象，比如，在山东地区及包头地区均出现严重的cu等重金属污染，而在黄浦江上游区域，相应饮用水源的hg平均浓度严重超出现行标准要求，这些重金属会在土壤和水体中不断富集，然后通过食物链进入人体内，造成各种各样的疾病，甚至危害生命。因此，重金属引起的水污染问题广泛受到人们关注，而如何处理废水中的重金属越来越成为环境问题中的焦点。

2、传统除去废水中重金属的方法较多，包括化学法如：化学沉淀法、氧化还原法、电化学方法等，其中化学沉淀法的应用工艺目前已较为成熟，但化学沉淀在添加化学药剂的同时，部分反应可能会产生其他废渣，如不及时处理，易造成二次污染；生物法如生物絮凝沉淀法、生物吸附法及植物富集修复法，通过微生物的代谢作用使金属离子絮凝沉淀，该方法成本低，前景好，但微生物易受到各种环境因素影响而导致处理效果不佳；物理方法如：萃取、离子交换处理、吸附法及膜分离法等通过物理作用使金属离子被吸附、沉淀去除。萃取需要找到合适的萃取剂，离子交换常用于处理金属离子浓度不高、水质变化不大的废水，膜分离效果好，但膜消耗大，成本高。吸附法借助吸附剂对金属离子进行吸附处理，时间短，成本低，应用较为广泛，相较于其他方法，吸附法具有实用性、经济性以及高效性的显著优势。

3、目前国内外大多通过传统吸附剂进行重金属吸附处理，但工业上使用的吸附剂价格昂贵，较难广泛应用。常用的重金属吸附剂有活性炭、离子交换树脂、沸石、硅藻土、炉渣、壳聚糖多孔材料等。其中：传统的活性炭和离子交换树脂等吸附剂成本高，单独的硅藻土吸附重金属效率低，壳聚糖在酸性溶液中不稳定、不易回收，难以适用于大规模废水的处理。因此，寻找一种低成本且高效的吸附剂材料的重要性与日俱增。

4、锰氧化物是指地壳中广泛存在的具有高反应活性的一类金属氧化物。作为一类强吸附剂，锰氧化物对不同性质金属元素具有不同的吸附特征，例如：锰氧化物对碱金属na+、k+、mg2+、ca2+等的吸附主要为静电吸附，而锰氧化物吸附sr2+则属于物理吸附。不同性质锰氧化物对重金属吸附的特征也不相同，例如：软锰矿表面的功能基团可与重金属离子发生配位反应和离子交换作用等进行多种化学吸附；水钠锰矿中，重金属离子在其层间以内圈配合物形式被吸附。本发明采用锰氧化物原料制备废水重金属离子吸附剂处理重金属废水，对锰氧化物的应用以及废水中重金属的去除具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种以含锰氧化物为原料制备废水重金属离子吸附剂的方法及应用，用于高效除去废水中的重金属。其具体步骤如下：

2、（1）将锰氧化物与有机碳进行球磨混合，在设定温度、时间条件下进行无氧煅烧。其中，锰氧化物可以是软锰矿、菱锰矿、电解锰阳极泥以及其它含锰氧化物其中的一种或者多种，有机碳包括但不限于葡萄糖、活性炭等，锰氧化物与有机碳质量比为1:0.1~1:1，球磨时间为0.5 h~5 h，球料比为1:0.5~1:10，无氧煅烧受氮气氛围保护，煅烧时间为2~24 h，煅烧温度为200~700 ℃。将煅烧磨细混匀后的样品作为废水中重金属离子吸附剂。

3、（2）将吸附剂与废水按照一定质量比混合，在设定温度、时间、ph条件下进行反应，反应后的废水通过板框压滤机进行固液分离。其中，废水中的重金属是指含co2+、ni2+、cu2+、pb2+、zn2+、cr6+、se4+中的一种或多种。吸附剂与废水中总金属离子质量比为10: 1~100:1，吸附温度为20~50 ℃，吸附时间为10 min~4 h，吸附ph值为5.0~10.0。

4、（3）吸附剂通过氯盐和煅烧后再生，用于下一批废水中重金属离子的去除。其中，氯盐种类为nacl、kcl、nh4cl、cacl2，浓度为1~5 mol/l，固液比为1：2~1：10，煅烧温度为200~700 ℃，煅烧时间0.5~4 h。

5、与现有技术相比，本发明吸附剂具有成本低、制备工艺简单、锰氧化物吸附性能好、可吸附金属种类多、吸附剂可回收使用等优点。

技术特征：

1.一种以含锰氧化物为原料制备废水重金属离子吸附剂的方法及应用，其特征在于，具体步骤如下：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）的锰氧化物可以是软锰矿、菱锰矿、电解锰阳极泥以及其它含锰氧化物其中的一种或者多种，设置球磨时间为0.5 h~5.0h，球料比为1:0.5~1:10，有机碳包括但不限于葡萄糖、活性炭等，锰氧化物与有机碳质量比为1:0.1~1:1，无氧煅烧受氮气氛围保护，煅烧时间为2~24 h，煅烧温度为200~700 ℃。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）的废水中的重金属是指含co2+、ni2+、cu2+、pb2+、zn2+、cr6+、se4+中的一种或多种。设置吸附剂与废水中总金属离子质量比为10: 1~100:1，吸附温度为20~50 ℃，吸附时间为10 min~4 h，吸附ph值为5.0~10.0。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）的氯盐种类设置为nacl、kcl、nh4cl、cacl2，浓度为1~5 mol/l，固液比为1：2~1：10，煅烧温度为200~700 ℃，煅烧时间0.5~4 h。

技术总结本发明公开了一种以含锰氧化物为原料制备废水重金属离子吸附剂的方法及应用。其步骤如下：首先，将锰氧化物与有机碳按照一定质量比球磨混合，在设定温度、时间条件下进行无氧煅烧；其次，将煅烧磨细混匀后的样品作为废水中重金属离子吸附剂，具体吸附步骤为：将吸附剂与废水按照一定质量比混合，在设定温度、时间、pH条件下进行反应；最后，反应后的废水通过板框压滤机进行固液分离，吸附剂通过氯盐和煅烧后再生，用于下一批废水中重金属离子的去除。相比现有传统吸附剂，本发明吸附剂具有成本低、制备工艺简单、吸附效率高、可吸附重金属离子种类多、吸附剂可回收使用等优点。技术研发人员：舒建成,陈佳明,陈梦君,杨勇,徐中慧,高遇事,林凡,曹文星,廖书书,秦晋川受保护的技术使用者：西南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12