[发明专利]一种利用腐殖酸制备层状腐殖酸/锰氧化物复合催化剂的方法和应用

说明书

一种利用腐殖酸制备层状腐殖酸/锰氧化物复合催化剂的方法和应用，它属于饮用水净化及废水污染治理领域。本发明的目的是要解决现有除锰技术难以满足去除多种类重金属污染的需求，且熟化周期长、投氯量大、催化活性低和去除重金属效果差的问题。方法：一、向水源中投加次氯酸钠、锰盐和腐殖酸；二、将含有次氯酸钠、锰和腐殖酸的水源引入到载锰滤柱、载锰滤罐或载锰滤池中，动态运行。层状腐殖酸/锰氧化物复合催化剂在中性、酸性或碱性条件下用于去除含有重金属的水中的重金属；所述的含有重金属的水为地表水、地下水、低温低浊度水或污水；所述的重金属为铁、锰、砷、铊、钼或铅。本发明可获得层状腐殖酸/锰氧化物复合催化剂。

技术领域

本发明属于饮用水净化及废水污染治理领域。

背景技术

由于人为污染以及低氧化还原电位水体中土壤和岩石的溶解，锰广泛分布于湖泊、水库、地下水及河流等各种自然水体中。饮用水配水系统中锰浓度超过20μg/L时便会造成管道内锰的沉积，而生物、物化作用诱导下的沉积锰脱落会导致龙头端黄水和锰的二次超标问题。锰沉积物会富集重金属、消毒副产物等多种有害物质，对公众健康构成毒理学风险。此外，长期摄入过量的锰会对人体产生不可逆的神经毒性作用，尤其会损害儿童的智力与运动系统。地表水、地下水中共存的铁、砷等重金属则进一步加剧了锰污染的复杂性。地表水、地下水的交互锰污染情况下的深度除锰是饮用水厂长期以来面临的重大难题。

投加二氧化氯、高锰酸钾、臭氧等强氧化剂是国内外水厂普遍采用的除锰方法，当水中天然有机物较多时，氧化Mn(II)所需的强氧化剂剂量成倍增加，高浓度的二氧化氯在使用时会产生亚氯酸盐和氯酸盐等有害的副产物，限制了其最大投加量，而高锰酸钾和臭氧投加量不易控制，过量投加又会导致出水高锰酸盐超标等问题。砂滤除锰技术广泛应用于全球各地的饮用水厂，微生物群落或氧气可以在滤料的多相界面将游离的 Mn(II)固定到滤床中，达到除锰的目的。然而，基于酶的生物除锰和基于活性锰氧化物催化氧气除锰技术的出水水质均易受水质因素和工艺条件的影响，水源水质和锰浓度的季节性变化给砂滤除锰技术带来极大挑战。

锰的去除效果与水源水的pH、含氧量、温度、溶解性有机质及锰含量、等生物化学条件息息相关，原水的水质条件对锰的氧化具有显著的影响。目前，强化剂直接氧化法和砂滤除锰工艺均无法实现出水锰浓度稳定低于20μg/L的深度除锰目标。此外，地表水、地下水除锰过程中常伴随铁、砷、铊、钼、铅等重金属污染，现有除锰技术难以满足去除多种类重金属污染的需求。

发明内容

本发明的目的是要解决现有除锰技术难以满足去除多种类重金属污染的需求，且熟化周期长、投氯量大、催化活性低和去除重金属效果差的问题，而提供一种利用腐殖酸制备层状腐殖酸/锰氧化物复合催化剂的方法和应用。

一种利用腐殖酸制备层状腐殖酸/锰氧化物复合催化剂的方法，具体是按以下步骤完成的：

一、向水源中投加次氯酸钠、锰盐和腐殖酸，搅拌混合，得到含有次氯酸钠、锰和腐殖酸的水源；

二、将含有次氯酸钠、锰和腐殖酸的水源引入到载锰滤柱、载锰滤罐或载锰滤池中，动态运行，运行过程中在滤料表面动态生成层状腐殖酸/锰氧化物复合催化剂，得到表面含有层状腐殖酸/锰氧化物复合催化剂的滤柱、滤罐或滤池。

层状腐殖酸/锰氧化物复合催化剂在中性、酸性或碱性条件下用于去除含有重金属的水中的重金属；所述的含有重金属的水为地表水、地下水、低温低浊度水或污水；所述的重金属为铁、锰、砷、铊、钼或铅。

本发明的原理：

1、腐殖酸多样化的活性官能团组成使其具有两亲性，表现出与土壤和水体中的金属离子、有机物相互作用的强烈倾向，腐殖酸可以通过配位作用和静电吸引与多种环境组分相互作用，腐殖酸的羧基和酚基可与水中的各种金属离子络合，疏水脂肪族和苯环结构可以吸附有机污染物；腐殖酸同时含有吸电子基团(如醌基)与供电子基团(如酚基)，可以催化有毒环境污染物的降解，在自然和工程氧化还原过程中发挥重要作用；