一种人工湿地纳米金属附着填料的制备方法及其应用与流程

本发明属于环保材料制备，具体涉及一种人工湿地纳米金属附着填料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水、污泥有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术，其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物累积、蒸腾水分和养分吸收剂各类动物的作用。人工湿地类型包括表面流人工湿地和潜流人工湿地，其中潜流人工湿地还可分为水平潜流和垂直潜流人工湿地。在实际的构建过程中，人工湿地可由多种人工湿地类型并联、串联、混合等组合从而达到一定的效用。

2、考虑到气候、地形地貌、占地面积等因素，需选用不同人工湿地类型，同时不同的人工湿地类型所选用填料的材质、粒径乃至填料厚度也各不相同。目前，相同功能区(层)水平潜流人工湿地填料粒径平均比垂直潜流人工湿地大，而同一种人工湿地类型处于不同的气候条件下，填料厚度也有差异，相同功能区(层)，越寒冷的地区填料越厚，因此人工湿地填料在人工湿地系统中具有十分重要的地位。

3、在人工湿地处理系统中，调料是人工湿地的基质与载体，填料的所有理化性状都将影响到人工湿地对污水、污泥的处理效果。人工湿地填料为人工湿地植物与微生物提供生长环境并对污染物起过滤、阻截和吸附等作用，其材质主要包括砂砾、沸石、石灰石、页岩、陶粒、火山岩等，也包括对生态环境安全的人工合成材料。随着现代工业的迅速发展，废水成分复杂化，而传统的人工湿地填料普遍存在去除率低、稳定差、易脱附等问题，限制了人工湿地在去除污水、污泥中重金属方面的应用。纳米金属氧化物(nmos)材料作为当前热门的重金属吸附剂，具有比表面积大、吸附效率高、选择性好等优点，是一种极具发展前景的材料。如中国专利cn115318246a公开了一种新型纳米金属氧化物人工湿地填料的制备方法，利用低成本的铝与铁结合制备了纳米铁铝双金属材料吸附剂，并通过在多孔沸石球表面原位生长铁铝元素来复合成铁铝双金属沸石填料，提高了对重金属吸附容量，提升了人工湿地的处理性能和运行寿命；cn113233610 a公开了一种适用于低温条件下污水氨氮处理的潜流人工湿地装置及水钠锰矿砂的制备方法，利用石英砂和高锰酸钾制备得到了一种锰氧化物小球作为填料，强化了氨氮去除效果；cn112500189a公开了一种人工湿地填料及其制备方法和用途，利用成孔剂、粘合剂和非金属矿经过造粒、干燥和焙烧得到了抗压强度高、微生物着床面积大、水处理效率高的人工湿地填料。

4、但是在实际生产过程中发现，大颗粒填料存在不易附着微生物的情况，而粒径越小的填料越容易发生堵塞；此外，当气温越低，人工湿地的净化污水能力越差，因此迫切的需要一种不易堵塞、微生物附着情况好、耐低温的填料。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供一种人工湿地纳米金属附着填料的制备方法及其应用，通过溶剂热法在石英砂表面生长出纳米氧化锰，使得在不改变金属纳米材料的固有属性的前提下，提高人工湿地纳米金属附着填料的比表面积，改善光滑填料的微生物附着能力，并通过纳米氧化锰具有类生物酶活性改善微生物的生存环境。

2、该制备方法制备得到的纳米金属填料可以改善光滑填料的微生物附着能力，提高填料的比表面积，同时具有氨氮催化能力。

3、为了实现上述目的，本发明提供一种人工湿地纳米金属附着填料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将石英砂用无水乙醇浸没、揉洗干净，备用；

5、(2)将步骤(1)中的石英砂与醋酸锰四水合物、无水乙醇混合，得到混合物；

6、(3)将混合物装在于特氟龙内衬的反应釜中，反应一段时间后冷却至室温；

7、(4)去除冷却的反应混合物中的上清液，保留沉淀并水洗2-5次，空气中干燥得到人工湿地纳米金属附着填料。

8、优选的，步骤(1)所述的石英砂的粒径为16-32mm。

9、优选的，步骤(2)所述的醋酸锰四水合物与无水乙醇的摩尔比为0.21-0.85：51.38。

10、优选的，步骤(2)所述的石英砂与醋酸锰四水合物的质量比为500：15-61。

11、优选的，步骤(3)所述的反应温度为120-180℃，反应时间为16-24h。

12、进一步优选的，所述反应温度为180℃，反应时间为24h。

13、优选的，步骤(4)所述水为去离子水，干燥温度为60-70℃，干燥时间为10-12h。

14、本发明还提供一种人工湿地纳米金属附着填料在污水处理中的应用。

15、优选的，所述污水为生活污水。

16、优选的，所述污水处理的方法为：将生活污水通过垂直流人工湿地进行净化。

17、本发明的有益效果在于：利用醋酸锰四水合物与无水乙醇制备得到了一种具有类生物酶活性的金属纳米材料，并利用溶解法将其生长在石英砂的表面，制备得到了一种人工湿地纳米金属附着填料，其中石英砂既可以作为微生物的生长提供支撑，又可以作为金属纳米材料的附着点，还可以对环境中的杂质进行过滤吸附。

18、本发明制备的人工湿地纳米金属附着填料表面生长有金属纳米材料——纳米氧化锰(mn3o4)，纳米氧化锰能够充当超氧化物歧化酶来去除环境中的·o2-，将·o2-催化o2或h2o2，同时纳米氧化锰充当过氧化物酶活性催化h2o2分解为h2o和o2，另外，本方法合成的纳米氧化锰镀膜也展现出了类过氧化物酶活性，能够在底物存在的情况下降解h2o2，这些底物包括酚类、胺类、醛类和苯类。因此本发明中制备得到的含有纳米氧化锰的人工湿地纳米金属附着填料可以去除环境中活性氧，改善微生物的生存环境，在0℃气温条件下附着有纳米金属材料填料的人工湿地出水水质相对稳定。

19、本发明制备的人工湿地纳米金属附着填料的主体原料来源广泛、成本低。

技术特征：

1.一种人工湿地纳米金属附着填料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述的石英砂的粒径为16-32mm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的醋酸锰四水合物与无水乙醇的摩尔比为0.21-0.85：51.38。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的石英砂与醋酸锰四水合物的质量比为500：15-61。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的反应温度为120-180℃，反应时间为16-24h。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述反应温度为180℃，反应时间为24h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的水为去离子水，空气干燥的温度为60-70℃，空气干燥时间为10-12h。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的人工湿地纳米金属附着填料在污水处理中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述污水为生活污水。

10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述污水处理的方法为：将生活污水通过垂直流人工湿地进行净化。

技术总结
本发明公开了一种人工湿地纳米金属附着填料及其制备方法，属于环保技术领域。本发明将无水乙醇洗过的石英砂混合在醋酸锰四水合物与无水乙醇混合液中，后转移到特氟龙内衬的反应釜中，在180℃环境下保持16小时，对合成物用去离子水清洗三次，空气中干燥处理后得到人工湿地填料。本发明所述人工湿地填料表面附着的纳米颗粒粒径小，展现出较高的类过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性，应用到人工湿地中能够促进系统长效去除尾水中的氮磷，在0℃气温条件下仍有相对良好的去除效果；同时本发明能有效提高大颗粒填料微生物附着能力，改善填料适用范围，缓解填料堵塞问题。

技术研发人员：王奥迪,张旺南,孔祥文,蔡意
受保护的技术使用者：长江生态环保集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15