[发明专利]一种用于去除水中氨氮和锰离子的改性活性炭浆及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于去除水中氨氮和锰离子的改性活性炭浆及其制备方法和应用，所述方法包括以下步骤：将粒径大于0.1mm的活性炭和改性助剂分散于水中，通过湿法研磨将活性炭研磨成粒径小于10μm的颗粒，得到改性活性炭浆；每毫升水中加入总质量为5～50mg的活性炭与改性助剂；活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.01～2)；按质量百分比计，所述改性助剂包括过氧化氢30％～70％、铜盐5％～15％、亚铁盐10％～20％、锰盐10％～20％和碳酸盐5％～15％。本发明利用改性助剂使活性炭表面和孔隙中原位形成有机内过氧化物结构并覆盖一层活性铁锰铜氧化物，活性炭界面的有机内过氧化物结构在铁锰铜氧化层的催化作用及活性炭电子传递作用下能够有效氧化吸附在活性炭上的氨氮和锰离子，实现氨氮和锰离子的吸附‑氧化高效去除。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，更具体地，涉及一种用于去除水中氨氮和锰离子的改性活性炭浆及其制备方法和应用。

背景技术

氨氮和锰离子是饮用水中常见的污染因素。其中氨氮是水体中的营养素，可导致水体富营养化现象，造成水体黑臭，是水中的主要耗氧污染物，甚至对鱼类及某些水生生物有毒害作用。水中的氨氮主要来源于化肥、焦化、石化、制药、食品、垃圾填埋场等。随着经济的高速发展，氨氮已经成为目前水污染的重要因素之一。锰元素是地下水中含量较高的矿物质元素，它们虽然是人体必需的微量元素，但当摄入过量时也可能对人体产生毒害作用。综上，生活饮用水卫生标准对氨氮和锰离子含量均做出了严格限制。然而现有水处理工艺(混凝、沉淀、过滤)并不能有效去除饮用水中氨氮和锰离子。因此，如何经济高效的控制饮用水中氨氮和锰离子成为了近年来的研究热点。

活性炭具有较大的比表面积、发达的孔隙结构和丰富表面官能团，是一种广泛应用于水处理领域中的吸附材料。中国发明专利CN109499541A公开了一种利用球磨仪深度研磨活性炭制备改性活性炭的方法，通过该方法制备得到的活性炭粒径小且粒径分布均匀，可有效吸附甲苯、雷尼替丁和尼扎替丁等有机污染物，但该方法制备得到的改性活性炭无法有效去除水中氨氮和锰离子。因此，开发一种切实可行的活性炭改性方法，使其对氨氮和锰离子具有较强的去除能力，具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的首要目的是克服现有活性炭材料对氨氮和锰离子吸附效率差，不能有效去除水体中氨氮和锰离子的问题，提供一种用于去除水中氨氮和锰离子的改性活性炭浆的制备方法。

本发明的进一步目的是提供一种用于去除水中氨氮和锰离子的改性活性炭浆。

本发明的另一目的是提供上述改性活性炭浆的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种用于去除水中氨氮和锰离子的改性活性炭浆的制备方法，包括以下步骤：

将粒径大于0.1mm的活性炭和改性助剂分散于水中，通过湿法研磨将活性炭研磨成粒径小于10μm的颗粒，得到改性活性炭浆；

每毫升水中加入总质量为5～50mg的活性炭与改性助剂；

活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.01～2)；

按质量百分比计，所述改性助剂包括过氧化氢30％～70％、铜盐5％～15％、亚铁盐10％～20％、锰盐10％～20％和碳酸盐5％～15％。

在本发明中，粒径大于0.1mm的活性炭在湿法研磨过程中会暴露出活性表面，碳酸盐控制溶液pH为中偏碱性，过氧化氢在锰离子、铜离子、亚铁离子的催化作用下能够氧化活性炭表面的烯烃官能团，在活性炭表面生成有机内过氧化物(dioxirane)。铜离子、亚铁离子和锰离子被氧化后，能够在活性炭表面及孔隙中原位生成活性铁锰铜复合氧化层。活性炭界面的有机内过氧化物结构在铁锰铜氧化层的催化作用及活性炭骨架电子传递作用下能够有效氧化吸附在活性炭上的氨氮和锰离子，实现氨氮和锰离子的吸附-氧化高效去除。

优选地，活性炭与改性助剂的质量比为1：(0.1～1)。