一种吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维及其制备与应用

1.本发明涉及一种吸附催化脱氮的锰负载纤维及其制备与应用，属于水污染治理技术领域。


背景技术：

2.水体污染是环境污染中最主要的一种污染。近年来，随着各大行业的逐步发展，废水排放问题已经成为重点的环境问题，大量废水的随意排放不仅对生态环境造成严重威胁，同时对人类的健康发展也产生很多负面影响。
3.氨氮是水体氮污染的一种典型形式，现在常用的脱氮技术有空气吹脱，化学沉淀，高级氧化，生物处理等技术。但其成本高，效率低，且难以处理低氨氮废水。针对上述问题，吸附法在氨氮废水的处理中得到越来越广泛的应用，常用的吸附剂如沸石、生物炭等，虽然这些吸附剂具有较高的吸附能力，但也存在着吸附剂用量大、制备工艺复杂、吸附平衡期长等缺陷。
4.近些年来，锰元素因显著影响生物脱氮效率而逐渐成为重点关注元素之一。锰是环境中普遍存在的金属元素，也是微生物活动中不可缺少的一部分。锰元素可以参加细菌超氧化物歧化酶的活动，对脱氮过程中微生物酶的合成起着至关重要的作用。同时，锰氧化物锰氧化物作为一种具有良好的吸附能力和较强的氧化性能的生态友好性吸附剂，具有制备方法简单，去除率高，去除率快，适用条件广等优点。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：目前常用的脱氮技术成本高，效率低，且难以处理低氨氮废水的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维，所述锰负载丝瓜络纤维以丝瓜络为原料，通过与氢氧化钠，高锰酸钾和硫酸锰混合改性，制得负载锰氧化物的丝瓜络纤维。
7.本发明还提供了上述吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维的制备方法，将丝瓜络段完全浸没于氢氧化钠溶液中，浸泡30～120min后取出，并洗涤至中性，干燥；然后将丝瓜络浸泡在硫酸锰的水溶液中，再加入高锰酸钾溶液，将得到的反应体系置于摇床上室温下反应后取出，干燥后即得锰负载丝瓜络纤维。
8.优选地，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为1～10％。
9.优选地，所述洗涤的方法具体为：先用自来水冲洗，然后用去离子水漂洗至漂洗液呈中性。
10.优选地，所述高锰酸钾与硫酸锰的质量比为(1～3)：(1～3)；所述高锰酸钾与反应体系的比例为(1～5)g:(200～1000)ml。
11.优选地，所述丝瓜络浸泡在硫酸锰的水溶液中为完全浸泡并超声10min。
12.优选地，所述反应的时间为1～24h。
13.优选地，两次所述干燥的温度均为50～70℃，时间均为1～3h。
14.本发明还提供了上述吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维在吸附降解水中氨氮中的应用，其特征在于，将所述的吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维加入到含有氨氮的废水中，接种污泥，然后曝气、反应，氨氮吸附降解完成。
15.优选地，所述的吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维作为填料置于多孔结构中，以防止被水流冲散，再将该装有填料的多孔结构置于生物滤池反应器中，使待处理废水由下至上通过该反应器；所述曝气具体为通入空气或氧气，曝气过程控制水体中溶解氧2
‑
5mg/l；所述吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维加入量为：使生物滤池填充率(体积)为30％～40％。
16.本发明在丝瓜络纤维上通过氧化还原反应，原为生成锰氧化物，其主要组分为二氧化锰，所得锰负载丝瓜络纤维可在常温下高效去除水体中的氨氮，能使水中的氨氮迅速吸附在丝瓜络表面，达到快速催化降解的目的，实现对废水的高效处理。
17.本发明利用丝瓜络纤维负载锰氧化物作为固定碳源吸附催化脱氮处理含氮废水更具有优势。丝瓜络填料的造价比较低，能够作为缓释碳源为水体微生物提供营养，同时丝瓜络负载锰氧化物处理含氮废水的效果较为显著，处理时间较短。改性后的丝瓜络的表征性质发生了改变，提升了对污染物的固化稳定化能力。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.(1)本发明制备的一种吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维，具有疏松多孔的空间结构，有利于微生物快速挂膜，达到快速启动脱氮反应的目的。
20.(2)本发明制备的一种吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维，所负载锰氧化物主要为二氧化锰，在反应前后二氧化锰的性质不发生改变，故可重复利用。
21.(3)本发明制备的一种吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维，其丝瓜络载体可做为固定缓释碳源，达到长期脱氮的效果。
22.(4)对于常温下吸附催化降解氨氮废水，1l初始水样的氨氮浓度为31.2772mg/l，cod值为90.763；12小时后，水样氨氮浓度降为28.1802mg/l，cod值降至64.964；24小时后，水样氨氮浓度降为21.6543mg/l，cod值降至27.091。氨氮降解速率为0.0128mg/(l
·
h)。
23.(5)本发明制备的一种吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维，生产原料来源丰富，价格低廉，制备过程简单，可大量生产。
24.(6)本发明制备的一种吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维，相较于传统的脱氮方法，将吸附脱氮与生物法相结合，更节能高效，成本更低。
附图说明
25.图1为实施例1中吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维的sem图；
26.图2为实施例2中吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维的sem图。
具体实施方式
27.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
28.实施例1
29.(1)将丝瓜络剪成1cm
×
1cm的小段，完全浸泡于质量浓度为1.5％的氢氧化钠溶液
中30min后取出，先用大量自来水冲洗，后用去离子水漂洗至漂洗液呈中性，获得碱改性丝瓜络。
30.(2)称取1g硫酸锰完全溶解于100ml去离子水当中，再加入2g碱改性丝瓜络，并超声10min。接着向其中滴加10g/l高锰酸钾溶液100ml，并置于摇床上以100rpm室温下反应24小时。将混合物老化4小时后取出，并放入鼓风干燥机中在60℃下烘干3小时至恒重，所得即为锰负载丝瓜络。
31.(3)称取2g吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维填充到用聚乙烯、聚丙烯等材质加工成的半圆形的多孔状球体中，量取1l蒸馏水，加入氯化铵配置氨氮浓度为20mg/l的试验用水，并接种3.5g/l活性污泥，曝气控制水中溶解氧为2
‑
5mg/l，分别在3h、6h、9h、12h、24h后测定氨氮浓度。
32.图1是实施例1中吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维的sem图。表1是实施例1对氨氮的降解数据表。
33.表1实施例1中对氨氮的降解数据
34.时间(h)03691224氨氮浓度(mg/l)31.277231.885629.341629.341628.180221.6543
35.实施例2
36.(1)将丝瓜络剪成1cm
×
1cm的小段，完全浸泡于质量浓度为1.5％的氢氧化钠溶液中30min后取出，先用大量自来水冲洗，后用去离子水漂洗至漂洗液呈中性，获得碱改性丝瓜络。
37.(2)称取1g硫酸锰完全溶解于100ml去离子水当中，再加入2g碱改性丝瓜络，并超声10min。接着向其中滴加10g/l高锰酸钾溶液100ml，并置于摇床上以100rpm室温下反应24小时。将混合物老化4小时后取出，并放入鼓风干燥机中在60℃下烘干3小时至恒重，所得即为锰负载丝瓜络。
38.(3)称取2g吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维填充到用聚乙烯、聚丙烯等材质加工成的半圆形的多孔状球体中，量取1l蒸馏水，加入氯化铵配置氨氮浓度为20mg/l的试验用水，并接种3.5g/l活性污泥，曝气控制水中溶解氧为2
‑
5mg/l，分别在3h、6h、9h、12h、24h后测定cod值。图2是实施例2中吸附催化脱氮的锰负载丝瓜络纤维的sem图。表2是实施例2对cod的降解数据表。
39.表2实施例2中对cod的降解数据
40.时间(h)03691224cod(mg/l)90.76343.704109.41082.98764.96427.091