一种改性氨氮吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性氨氮吸附材料及其制备方法，属于吸附材料领域。该制备方法包括如下步骤：1)将负载材料加入高锰酸钾溶液中，在搅拌和加热条件下继续加入硫酸亚铁溶液得到混合溶液，且加入硫酸亚铁溶液过程中通过添加氢氧化钠溶液维持混合溶液pH为碱性；2)当硫酸亚铁溶液添加完毕后形成悬浮液，对形成的悬浮液继续搅拌并在室温下老化；3)老化完成后分离悬浮液中固体，并依次进行洗涤，干燥，得到铁锰复合氧化物改性的吸附材料。本发明专利技术通过负载材料实现了粉末状铁锰复合氧化物的固定化，使得此类改性吸附材料在实际的工程应用中不易流失，且具有解吸率低、吸附容量大等优点。

A Modified Ammonia Nitrogen Adsorption Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种改性氨氮吸附材料及其制备方法
本专利技术涉及一种改性氨氮吸附材料及其制备方法，属于吸附材料领域。
技术介绍
目前，去除水中氨氮的方法有很多，包括化学沉淀法、生物法和吸附法等。化学沉淀法可有效去除含有高浓度氨氮的废水。例如，申请号为CN201210498698.5的专利技术专利公开了一种复合氨氮脱除剂及其使用方法，该复合氨氮脱除剂的质量百分比组成是：纳米颗粒53-86％，有机醇14-47％。将上述复合氨氮脱除剂以0.11-0.19g/L的浓度投入废水中，混合均匀，即可用于污水处理。申请号为CN201510272156.X的专利技术专利公开了一种冶金废水中高浓度氨氮的方法，本方法是经过磁化、改性、烘干、活化等步骤制备的有机复合脱氮剂改性镁铝铁水滑石磁性纳米吸附材料，然后再制成吸附棒置于吸附塔中对冶金废水中高浓度氨氮进行处理。但这些方法总体制备原料成本较高，无法应用于地表水的大面积处理。铁锰复合氧化物具有良好的氧化和吸附氨氮的能力，能够用于水体氨氮的去除。但由于制备所得的铁锰复合氧化物往往呈粉末状，在工程应用中易流失且难实现固液分离，影响出水水质。因此如何实现铁锰复合氧化物的固定化，将其应用于地表水的低成本、高效去除是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有铁锰复合氧化物呈粉末状，在工程应用中易流失且难以实现固液分离，影响出水水质等技术问题。为了便于实际工程应用，充分发挥铁锰复合氧化物氨氮吸附特性，本专利技术为污水去除氨氮提供了一种新型颗粒状吸附剂的制备思路，以期实现粉末状铁锰复合氧化物的固定化，进一步扩大铁锰复合氧化物吸附剂在工程上的实际应用范围。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种改性氨氮吸附材料制备方法，它包括如下步骤：1)将负载材料加入高锰酸钾溶液中，在搅拌和加热的条件下继续加入硫酸亚铁溶液得到混合溶液，且加入硫酸亚铁溶液过程中通过添加氢氧化钠溶液维持混合溶液pH为碱性；2)当硫酸亚铁溶液添加完毕后形成悬浮液，对形成的悬浮液继续搅拌并在室温下老化；3)老化完成后分离悬浮液中固体，并依次进行洗涤，干燥，得到铁锰复合氧化物改性的吸附材料。作为优选，所述的负载材料为蛭石、沸石、陶粒、麦饭石、火山岩，优选为火山岩。进一步的，所述的火山岩在加入高锰酸钾溶液之前，需预先过筛，清洗，再烘干备用。进一步的，所述火山岩的颗粒粒径为1～8mm，优选为3～6mm。作为优选，在步骤1)中，加入硫酸亚铁溶液的方式为缓慢滴加。作为优选，所述高锰酸钾溶液浓度为0.075mol/L，所述硫酸亚铁溶液浓度为0.225mol/L，所述氢氧化钠溶液浓度为5mol/L。作为优选，在步骤1)中，混合溶液中Fe和Mn的物质的量之比为1:1～10:1，优选为3:1。作为优选，在步骤1)中，所述高锰酸钾溶液中负载材料的投加量为20～160g/L，优选为40g/L。作为优选，在步骤1)中，混合溶液pH维持在7～8之间。作为优选，在步骤1)中，所述加热的温度为60℃。作为优选，在步骤2)中，悬浮液继续搅拌时间为2小时，老化时间为12小时。作为优选，在步骤3)中，对分离得到的固体先用去离子水反复洗涤至pH呈中性，再将其置于105℃烘干4h。本专利技术的另一目的在于提供一种如上述任一方案所述制备方法制得的改性吸附材料。该改性吸附材料可以用于去除地表水中氨氮。本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：1)本专利技术通过负载材料实现了粉末状铁锰复合氧化物的固定化，使得此类改性吸附材料在实际的工程应用中不易流失，且易于实现固液分离。2)本专利技术优选采用火山岩作为负载材料，改性后的火山岩表面凹凸不平，大小不均，是由纳米级的球状或片状铁锰复合氧化物颗粒紧密且杂乱无序的团聚在一起组成的，并形成了大量的微孔结构，为吸附水中氨氮提供了大量活性位点。3)本专利技术改性后得到的铁锰复合氧化物改性火山岩吸附速率较快，且在较宽温度范围内(15-35℃)、较宽pH范围内(4.0-10.0)对氨氮都有良好的吸附去除效能，当pH＝7.0±0.1时，最大吸附容量为0.45mg/g。4)本专利技术改性后得到的铁锰复合氧化物改性火山岩对氨氮具有良好的吸附性能，且氨氮解吸率不到20％，且由于其优良的氨氮吸附能力，解吸后的负载火山岩去除氨氮量仍能达到80％以上，不易造成二次污染。附图说明图1为五种材料负载前后对NH4+-N的吸附效果及氨氮解吸效率对比；图2为FMBO、VR及FMVR(10000×)扫描电镜图；图3为FMBO、VR及FMVR的EDAX图谱；图4为VR粒径大小对氨氮吸附的影响。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。实施例1：铁锰复合氧化物的制备及其优化铁锰复合氧化物(FMBO)采用氧化还原/共沉淀法制备，具体方法如下：1)配制浓度为0.075mol/L的高锰酸钾(KMnO4)溶液，0.225mol/L的硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)溶液，以及5mol/L的氢氧化钠(NaOH)溶液，存瓶备用。2)对上述高锰酸钾溶液进行剧烈搅拌，同时加热并维持在60℃，然后向其中缓慢加入上述硫酸亚铁溶液以得到混合溶液，同时通过加入上述配制好的NaOH溶液使得混合溶液处于碱性条件，其pH维持在7-8之间。本步骤中发生的反应如下：为了优化最佳铁锰比，在本步骤两种溶液混合时，最终混合溶液中Fe与Mn的物质的量之比在1:1～10:1之间设置10个梯度试验，分别为1:1、2:1、3:1、……、10:1。3)两种溶液完全混合后，对形成的悬浮液继续搅拌2h，在室温下老化12h。4)老化完毕后，固液分离倒出上清液，然后用去离子水反复洗涤固体沉淀直至洗涤液pH呈中性。再将所得沉淀物置于105℃烘干4h，即得到铁锰复合氧化物(FMBO)，保存于干燥器中备用。制备得到FMBO之后，通过吸附实验确定不同铁锰比的FMBO的氨氮吸附量，其具体做法如下：准确配置50mL氨氮浓度为10mg/L、pH为7的NH4Cl溶液于若干50mL离心管，向不同的离心管分别投加4g/L不同铁锰比的FMBO，将离心管置于恒温振荡器中连续振荡24h(25℃，120rpm)，取出上清液，经0.45微米滤膜过滤后，测定溶液中剩余氨氮平衡浓度。通过比较各FMBO对模拟溶液中氨氮的吸附量确定最佳铁锰比。本实施例的结果如表1所示，通过对比不同铁锰比的FMBO吸附去除氨氮的效能，可以得出总体而言铁锰比介于1:1～5:1之间的FMBO对氨氮的去除率较优。其中铁锰比为3：1的FMBO对氨氮的去除率最高，为92.04％，即去除氨氮的最优铁锰配比；而铁锰比为10:1时，FMBO吸附去除氨氮的效果最差。表1不同铁锰配比对FMBO吸附氨氮的影响实施例2：不同载体的改性氨氮吸附材料制备基于实施例1中FMBO的制备方法，结合负载材料制备改性氨氮吸附材料，基本方法如下：1)将负载材料过筛后用毛刷清洗负载材料，将残留脏物去除，并用清水反复洗涤至溶液澄清，烘干备用。2)配制浓度为0.075mol/L的高锰酸钾(KMnO4)溶液，0.225mol/L的硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)溶液，以及5mol/L的氢氧化钠(NaOH)溶液，存瓶备用。3)将负载材料以20g/L的投加量加入上述高锰酸钾溶液中，对高锰酸钾溶液进行剧烈搅拌，同时加热并维持在60℃，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性氨氮吸附材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将负载材料加入高锰酸钾溶液中，在搅拌和加热条件下继续加入硫酸亚铁溶液得到混合溶液，且加入硫酸亚铁溶液过程中通过添加氢氧化钠溶液维持混合溶液pH为碱性；2)当硫酸亚铁溶液添加完毕后形成悬浮液，对形成的悬浮液继续搅拌并在室温下老化；3)老化完成后分离悬浮液中固体，并依次进行洗涤，干燥，得到铁锰复合氧化物改性的吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种改性氨氮吸附材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将负载材料加入高锰酸钾溶液中，在搅拌和加热条件下继续加入硫酸亚铁溶液得到混合溶液，且加入硫酸亚铁溶液过程中通过添加氢氧化钠溶液维持混合溶液pH为碱性；2)当硫酸亚铁溶液添加完毕后形成悬浮液，对形成的悬浮液继续搅拌并在室温下老化；3)老化完成后分离悬浮液中固体，并依次进行洗涤，干燥，得到铁锰复合氧化物改性的吸附材料。2.根据权利要求1所述的改性氨氮吸附材料制备方法，其特征在于，所述的负载材料为蛭石、沸石、陶粒、麦饭石、火山岩，优选为火山岩。3.根据权利要求2所述的改性氨氮吸附材料制备方法，其特征在于，所述的火山岩在加入高锰酸钾溶液之前，需预先过筛，清洗，再烘干备用。4.根据权利要求2所述的改性氨氮吸附材料制备方法，其特征在于，所述火山岩的颗粒粒径为1～8mm，优选为3～6mm。5.根据权利要求1所述的改性氨氮吸附材料制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，加入硫酸亚铁溶液的方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁新强，赵子熠，何霜，刘枫，金俊伟，李发永，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33