負(fù)載粉煤灰吸附劑的制備及其去除水體As(Ⅲ)的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理過(guò)程中的除砷吸附劑的技術(shù)領(lǐng)域。方法簡(jiǎn)單安全，且無(wú)二次污染，可實(shí)施性強(qiáng)，成本低廉，適用于實(shí)驗(yàn)室操作，可進(jìn)一步探索工業(yè)化生產(chǎn)條件。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是砷污染最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，山西、內(nèi)蒙等多個(gè)地區(qū)的地下水均存在砷超標(biāo)情況，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)赜盟踩?。隨著煤礦和煤層氣的開采，地下水中的砷也會(huì)以煤礦廢水和煤層氣產(chǎn)出水的形式大量排出，給開采區(qū)周圍水體和土壤帶來(lái)巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。地下的還原環(huán)境使得排出的廢水中砷主要以As(III)為主，As(III)不易被土壤和礦物固定，其生物毒性也是As (V)的六十倍左右。大部分吸附劑僅對(duì)As (V)有良好的吸附能力，對(duì)As(III)的去除能力較差。為了有效去除水體As (III)，必須添加MnO2將其氧化成As (V)，一方面可以降低砷的生物毒性，另一方面達(dá)到增加砷的吸附量，從而提高砷去除率的目的。
[0003]然而，有研究指出MnO2在酸性條件下更有利于砷的去除，而煤層氣產(chǎn)出水均表現(xiàn)為中性和弱堿性，加酸處理不僅增加成本更會(huì)改變水體本底環(huán)境從而帶來(lái)副產(chǎn)物。另外，當(dāng)水體中As(III)濃度較高或水量較大時(shí)，僅用MnO2去除As (III)，其處理成本較高。目前，在水處理領(lǐng)域，利用MnO2負(fù)載工業(yè)廢物粉煤灰以提高其除砷性能的文獻(xiàn)報(bào)道還很少見(jiàn)。本發(fā)明專利結(jié)合MnO2的氧化活性，充分利用粉煤灰在中性和堿性環(huán)境下能很好吸附As (V)功能，制備MnO2負(fù)載粉煤灰的材料用于水體As (III)的去除，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)砷的氧化吸附一體化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)施、造價(jià)低廉和生產(chǎn)周期短的MnO2負(fù)載粉煤灰方法，提高其吸附水中砷的能力。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，制備方法如下:a.稱取粉煤灰(過(guò)200目)43.5_435g加入到250mL(0.4mol/L)高錳酸鉀溶液中；b.加500mL (0.4mol/L)氫氧化鈉溶液中和反應(yīng)中產(chǎn)生的酸；c.在磁力攪拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化錳溶液；d.在常溫(25°C )條件下攪拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去離子水沖洗數(shù)次直到?jīng)_洗水變清，105°C烘干壓碎，即得到MnO2和粉煤灰質(zhì)量比I: 2-1: 20的MnO2負(fù)載粉煤灰。
[0006]所使用的恒溫磁力攪拌器型號(hào)為瑞力HJ-3。儀器具體參數(shù)為:電源為AC220V±10% (50HZ)，工作方法為連續(xù)，攪拌轉(zhuǎn)速為10_1600r/min，最大攪拌容量為20-3000mL。本發(fā)明采用中速攪拌。
[0007]優(yōu)選方法為:a.稱取粉煤灰(過(guò)200目)108.75g加入到250mL(0.4mol/L)高錳酸鉀溶液中；b.力卩500mL(0.4mol/L)氫氧化鈉溶液中和反應(yīng)中產(chǎn)生的酸；c.在磁力攪拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化錳溶液；d.在常溫(25°C )條件下攪拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去離子水沖洗數(shù)次直到?jīng)_洗水變清，105°C烘干壓碎，即得到MnO2和粉煤灰質(zhì)量比1: 5-Mn02負(fù)載粉煤灰。
[0008]粉煤灰作為一種工業(yè)固體廢棄物，是骨架結(jié)構(gòu)和微孔的集合物，具有大的比表面積和良好的多孔吸附性能，其化學(xué)成分是硅、鋁氧化物和其他活性金屬化合物，且氧化物表面存在大量表面羥基，可通過(guò)絡(luò)合、離子交換及化學(xué)鍵合等機(jī)理結(jié)合金屬離子，在中性和堿性環(huán)境對(duì)As (V)有很好的去除效果。為了提高粉煤灰對(duì)As(III)的吸附，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行改性。
[0009]本發(fā)明中使用了 MnO2對(duì)粉煤灰進(jìn)行改性負(fù)載，對(duì)As (III)的去除獲得較好的效果。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，使用MnO2改性能提高粉煤灰對(duì)As (III)的吸附量。其中，綜合考慮除砷效果和經(jīng)濟(jì)成本，最佳改性方法是“Μη02和粉煤灰質(zhì)量比以1: 5負(fù)載”，8h后其去除率可提高40.0% ;備選的方案是“Μη02和粉煤灰質(zhì)量比以1: 10負(fù)載”，8h后其去除率可提聞47.4%。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為實(shí)施例1合成MnO2和商品MnO2的去除效果
[0011]圖2為實(shí)施例2-5制備MnO2-FA對(duì)As (III)的去除效果
[0012]圖3為負(fù)載前后等量原粉煤灰、合成Mn02、MnO2-FA對(duì)As (III)的去除效果
[0013]圖4為實(shí)施例1-5制備各種材料的SEM-EDX分析
【具體實(shí)施方式】
[0014]實(shí)施例1-MnO2的制備
[0015]a.250mL(0.4mol/L)高猛酸鉀溶液中加入到500mL(0.4mol/L)氫氧化鈉溶液；b.在磁力攪拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化錳溶液；c.在常溫(25°C )條件下攪拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去離子水沖洗數(shù)次直到?jīng)_洗水變清，105°C烘干壓碎，即得到合成MnO2。
[0016]實(shí)施例2-Mn0jP粉煤灰質(zhì)量比=1: 2
[0017]a.稱取粉煤灰(過(guò)200目)43.5g加入到250mL(0.4mol/L)高錳酸鉀溶液中；b.加500mL(0.4mol/L)氫氧化鈉溶液中和反應(yīng)中產(chǎn)生的酸；c.在磁力攪拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化錳溶液；d.在常溫(25°C )條件下攪拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去離子水沖洗數(shù)次直到?jīng)_洗水變清，105°C烘干壓碎，即得到MnO2和粉煤灰質(zhì)量比I: 2-Mn02負(fù)載粉煤灰。
[0018]實(shí)施例3-Mn0jP粉煤灰質(zhì)量比=1: 5
[0019]a.稱取粉煤灰(過(guò)200目)108.75g加入到250mL(0.4mol/L)高錳酸鉀溶液中；b.加500mL(0.4mol/L)氫氧化鈉溶液中和反應(yīng)中產(chǎn)生的酸；c.在磁力攪拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化錳溶液；d.在常溫(25°C )條件下攪拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去離子水沖洗數(shù)次直到?jīng)_洗水變清，105°C烘干壓碎，即得到MnO2和粉煤灰質(zhì)量比I: 5-Mn02負(fù)載粉煤灰。
[0020]實(shí)施例4厘1102和粉煤灰質(zhì)量比=1: 10
[0021]a.稱取粉煤灰(過(guò)200目)217.5g加入到250mL(0.4mol/L)高錳酸鉀溶液中；b.加500mL(0.4mol/L)氫氧化鈉溶液中和反應(yīng)中產(chǎn)生的酸；c.在磁力攪拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化錳溶液；d.在常溫(25°C )條件下攪拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去離子水沖洗數(shù)次直到?jīng)_洗水變清，105°C烘干壓碎，即得到MnO2和粉煤灰質(zhì)量比I: 1-MnO2負(fù)載粉煤灰。
[0022]實(shí)施例5-厘1102和粉煤灰質(zhì)量比=1: 20
[0023]a.稱取粉煤灰(過(guò)200目)435g加入到250mL (0.4mol/L)高錳酸鉀溶液中；b.加500mL(0.4mol/L)氫氧化鈉溶液中和反應(yīng)中產(chǎn)生的酸；c.在磁力攪拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化錳溶液；d.在常溫(25°C )條件下攪拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去離子水沖洗數(shù)次直到?jīng)_洗水變清，105°C烘干壓碎，即得到MnO2和粉煤灰質(zhì)量比I: 20-Mn02負(fù)載粉煤灰。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為實(shí)施例1合成MnO2與商品MnO2對(duì)砷的去除率對(duì)比。
[0025]圖2為MnO2和粉煤灰不同質(zhì)量比負(fù)載后對(duì)砷的去除率對(duì)比。其中，實(shí)施例2_5主要改性過(guò)程說(shuō)明如下:
[0026]2——MnO2和粉煤灰質(zhì)量比=1: 2 ；
[0027]3——MnO2和粉煤灰質(zhì)量比=1: 5 ；
[0028]4——MnO2和粉煤灰質(zhì)量比=1: 10;
[0029]5——MnO2和粉煤灰質(zhì)量比=1: 20。
[0030]圖3為合成MnO2和原粉煤灰質(zhì)量比為1: 5、1: 10和實(shí)施例3、4制備的材料對(duì)砷的去除率對(duì)比。
[0031 ] 圖4為實(shí)施例1-5各材料的SEM-EDX分析圖。
[0032]驗(yàn)證實(shí)驗(yàn):分別用具體實(shí)施例1-5制備的合成Mn02、MnO2負(fù)載粉煤灰(簡(jiǎn)稱MnO2-FA)、原粉煤灰進(jìn)行含砷廢水實(shí)驗(yàn)，步驟如下。
[0033]1、實(shí)驗(yàn)儀器
[0034]電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)、HZ-2111KB恒溫振蕩