[發(fā)明專利]一種利用腐殖酸制備層狀腐殖酸/錳氧化物復(fù)合催化劑的方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2022-08-31
• 公開（公告）號: CN115430461A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王盼盼;邱詩藝;馬軍;王晗;伊俊達(dá)
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J31/04
• 分類號: B01J31/04;B01J23/34;C02F1/76;C02F101/20;C02F103/02
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種利用腐殖酸制備層狀腐殖酸/錳氧化物復(fù)合催化劑的方法和應(yīng)用，它屬于飲用水凈化及廢水污染治理領(lǐng)域。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有除錳技術(shù)難以滿足去除多種類重金屬污染的需求，且熟化周期長、投氯量大、催化活性低和去除重金屬效果差的問題。方法：一、向水源中投加次氯酸鈉、錳鹽和腐殖酸；二、將含有次氯酸鈉、錳和腐殖酸的水源引入到載錳濾柱、載錳濾罐或載錳濾池中，動態(tài)運(yùn)行。層狀腐殖酸/錳氧化物復(fù)合催化劑在中性、酸性或堿性條件下用于去除含有重金屬的水中的重金屬；所述的含有重金屬的水為地表水、地下水、低溫低濁度水或污水；所述的重金屬為鐵、錳、砷、鉈、鉬或鉛。本發(fā)明可獲得層狀腐殖酸/錳氧化物復(fù)合催化劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飲用水凈化及廢水污染治理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于人為污染以及低氧化還原電位水體中土壤和巖石的溶解，錳廣泛分布于湖泊、水庫、地下水及河流等各種自然水體中。飲用水配水系統(tǒng)中錳濃度超過20μg/L時便會造成管道內(nèi)錳的沉積，而生物、物化作用誘導(dǎo)下的沉積錳脫落會導(dǎo)致龍頭端黃水和錳的二次超標(biāo)問題。錳沉積物會富集重金屬、消毒副產(chǎn)物等多種有害物質(zhì)，對公眾健康構(gòu)成毒理學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。此外，長期攝入過量的錳會對人體產(chǎn)生不可逆的神經(jīng)毒性作用，尤其會損害兒童的智力與運(yùn)動系統(tǒng)。地表水、地下水中共存的鐵、砷等重金屬則進(jìn)一步加劇了錳污染的復(fù)雜性。地表水、地下水的交互錳污染情況下的深度除錳是飲用水廠長期以來面臨的重大難題。

投加二氧化氯、高錳酸鉀、臭氧等強(qiáng)氧化劑是國內(nèi)外水廠普遍采用的除錳方法，當(dāng)水中天然有機(jī)物較多時，氧化Mn(II)所需的強(qiáng)氧化劑劑量成倍增加，高濃度的二氧化氯在使用時會產(chǎn)生亞氯酸鹽和氯酸鹽等有害的副產(chǎn)物，限制了其最大投加量，而高錳酸鉀和臭氧投加量不易控制，過量投加又會導(dǎo)致出水高錳酸鹽超標(biāo)等問題。砂濾除錳技術(shù)廣泛應(yīng)用于全球各地的飲用水廠，微生物群落或氧氣可以在濾料的多相界面將游離的 Mn(II)固定到濾床中，達(dá)到除錳的目的。然而，基于酶的生物除錳和基于活性錳氧化物催化氧氣除錳技術(shù)的出水水質(zhì)均易受水質(zhì)因素和工藝條件的影響，水源水質(zhì)和錳濃度的季節(jié)性變化給砂濾除錳技術(shù)帶來極大挑戰(zhàn)。

錳的去除效果與水源水的pH、含氧量、溫度、溶解性有機(jī)質(zhì)及錳含量、等生物化學(xué)條件息息相關(guān)，原水的水質(zhì)條件對錳的氧化具有顯著的影響。目前，強(qiáng)化劑直接氧化法和砂濾除錳工藝均無法實(shí)現(xiàn)出水錳濃度穩(wěn)定低于20μg/L的深度除錳目標(biāo)。此外，地表水、地下水除錳過程中常伴隨鐵、砷、鉈、鉬、鉛等重金屬污染，現(xiàn)有除錳技術(shù)難以滿足去除多種類重金屬污染的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有除錳技術(shù)難以滿足去除多種類重金屬污染的需求，且熟化周期長、投氯量大、催化活性低和去除重金屬效果差的問題，而提供一種利用腐殖酸制備層狀腐殖酸/錳氧化物復(fù)合催化劑的方法和應(yīng)用。

一種利用腐殖酸制備層狀腐殖酸/錳氧化物復(fù)合催化劑的方法，具體是按以下步驟完成的：

一、向水源中投加次氯酸鈉、錳鹽和腐殖酸，攪拌混合，得到含有次氯酸鈉、錳和腐殖酸的水源；

二、將含有次氯酸鈉、錳和腐殖酸的水源引入到載錳濾柱、載錳濾罐或載錳濾池中，動態(tài)運(yùn)行，運(yùn)行過程中在濾料表面動態(tài)生成層狀腐殖酸/錳氧化物復(fù)合催化劑，得到表面含有層狀腐殖酸/錳氧化物復(fù)合催化劑的濾柱、濾罐或?yàn)V池。

層狀腐殖酸/錳氧化物復(fù)合催化劑在中性、酸性或堿性條件下用于去除含有重金屬的水中的重金屬；所述的含有重金屬的水為地表水、地下水、低溫低濁度水或污水；所述的重金屬為鐵、錳、砷、鉈、鉬或鉛。

本發(fā)明的原理：

1、腐殖酸多樣化的活性官能團(tuán)組成使其具有兩親性，表現(xiàn)出與土壤和水體中的金屬離子、有機(jī)物相互作用的強(qiáng)烈傾向，腐殖酸可以通過配位作用和靜電吸引與多種環(huán)境組分相互作用，腐殖酸的羧基和酚基可與水中的各種金屬離子絡(luò)合，疏水脂肪族和苯環(huán)結(jié)構(gòu)可以吸附有機(jī)污染物；腐殖酸同時含有吸電子基團(tuán)(如醌基)與供電子基團(tuán)(如酚基)，可以催化有毒環(huán)境污染物的降解，在自然和工程氧化還原過程中發(fā)揮重要作用；