负载粉煤灰吸附剂的制备及其去除水体As(Ⅲ)的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理过程中的除砷吸附剂的技术领域。方法简单安全，且无二次污染，可实施性强，成本低廉，适用于实验室操作，可进一步探索工业化生产条件。
【背景技术】
[0002]我国是砷污染最为严重的国家之一，山西、内蒙等多个地区的地下水均存在砷超标情况，严重威胁当地用水安全。随着煤矿和煤层气的开采，地下水中的砷也会以煤矿废水和煤层气产出水的形式大量排出，给开采区周围水体和土壤带来巨大的环境风险。地下的还原环境使得排出的废水中砷主要以As(III)为主，As(III)不易被土壤和矿物固定，其生物毒性也是As (V)的六十倍左右。大部分吸附剂仅对As (V)有良好的吸附能力，对As(III)的去除能力较差。为了有效去除水体As (III)，必须添加MnO2将其氧化成As (V)，一方面可以降低砷的生物毒性，另一方面达到增加砷的吸附量，从而提高砷去除率的目的。
[0003]然而，有研究指出MnO2在酸性条件下更有利于砷的去除，而煤层气产出水均表现为中性和弱碱性，加酸处理不仅增加成本更会改变水体本底环境从而带来副产物。另外，当水体中As(III)浓度较高或水量较大时，仅用MnO2去除As (III)，其处理成本较高。目前，在水处理领域，利用MnO2负载工业废物粉煤灰以提高其除砷性能的文献报道还很少见。本发明专利结合MnO2的氧化活性，充分利用粉煤灰在中性和碱性环境下能很好吸附As (V)功能，制备MnO2负载粉煤灰的材料用于水体As (III)的去除，从而实现对砷的氧化吸附一体化。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种操作简单、易于实施、造价低廉和生产周期短的MnO2负载粉煤灰方法，提高其吸附水中砷的能力。
[0005]为了实现上述目标，制备方法如下:a.称取粉煤灰(过200目)43.5_435g加入到250mL(0.4mol/L)高锰酸钾溶液中；b.加500mL (0.4mol/L)氢氧化钠溶液中和反应中产生的酸；c.在磁力搅拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化锰溶液；d.在常温(25°C )条件下搅拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去离子水冲洗数次直到冲洗水变清，105°C烘干压碎，即得到MnO2和粉煤灰质量比I: 2-1: 20的MnO2负载粉煤灰。
[0006]所使用的恒温磁力搅拌器型号为瑞力HJ-3。仪器具体参数为:电源为AC220V±10% (50HZ)，工作方法为连续，搅拌转速为10_1600r/min，最大搅拌容量为20-3000mL。本发明采用中速搅拌。
[0007]优选方法为:a.称取粉煤灰(过200目)108.75g加入到250mL(0.4mol/L)高锰酸钾溶液中；b.力卩500mL(0.4mol/L)氢氧化钠溶液中和反应中产生的酸；c.在磁力搅拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化锰溶液；d.在常温(25°C )条件下搅拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去离子水冲洗数次直到冲洗水变清，105°C烘干压碎，即得到MnO2和粉煤灰质量比1: 5-Mn02负载粉煤灰。
[0008]粉煤灰作为一种工业固体废弃物，是骨架结构和微孔的集合物，具有大的比表面积和良好的多孔吸附性能，其化学成分是硅、铝氧化物和其他活性金属化合物，且氧化物表面存在大量表面羟基，可通过络合、离子交换及化学键合等机理结合金属离子，在中性和碱性环境对As (V)有很好的去除效果。为了提高粉煤灰对As(III)的吸附，应对其进行改性。
[0009]本发明中使用了 MnO2对粉煤灰进行改性负载，对As (III)的去除获得较好的效果。通过试验数据可知，使用MnO2改性能提高粉煤灰对As (III)的吸附量。其中，综合考虑除砷效果和经济成本，最佳改性方法是“Μη02和粉煤灰质量比以1: 5负载”，8h后其去除率可提高40.0% ;备选的方案是“Μη02和粉煤灰质量比以1: 10负载”，8h后其去除率可提闻47.4%。
【附图说明】
[0010]图1为实施例1合成MnO2和商品MnO2的去除效果
[0011]图2为实施例2-5制备MnO2-FA对As (III)的去除效果
[0012]图3为负载前后等量原粉煤灰、合成Mn02、MnO2-FA对As (III)的去除效果
[0013]图4为实施例1-5制备各种材料的SEM-EDX分析
【具体实施方式】
[0014]实施例1-MnO2的制备
[0015]a.250mL(0.4mol/L)高猛酸钾溶液中加入到500mL(0.4mol/L)氢氧化钠溶液；b.在磁力搅拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化锰溶液；c.在常温(25°C )条件下搅拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去离子水冲洗数次直到冲洗水变清，105°C烘干压碎，即得到合成MnO2。
[0016]实施例2-Mn0jP粉煤灰质量比=1: 2
[0017]a.称取粉煤灰(过200目)43.5g加入到250mL(0.4mol/L)高锰酸钾溶液中；b.加500mL(0.4mol/L)氢氧化钠溶液中和反应中产生的酸；c.在磁力搅拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化锰溶液；d.在常温(25°C )条件下搅拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去离子水冲洗数次直到冲洗水变清，105°C烘干压碎，即得到MnO2和粉煤灰质量比I: 2-Mn02负载粉煤灰。
[0018]实施例3-Mn0jP粉煤灰质量比=1: 5
[0019]a.称取粉煤灰(过200目)108.75g加入到250mL(0.4mol/L)高锰酸钾溶液中；b.加500mL(0.4mol/L)氢氧化钠溶液中和反应中产生的酸；c.在磁力搅拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化锰溶液；d.在常温(25°C )条件下搅拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去离子水冲洗数次直到冲洗水变清，105°C烘干压碎，即得到MnO2和粉煤灰质量比I: 5-Mn02负载粉煤灰。
[0020]实施例4厘1102和粉煤灰质量比=1: 10
[0021]a.称取粉煤灰(过200目)217.5g加入到250mL(0.4mol/L)高锰酸钾溶液中；b.加500mL(0.4mol/L)氢氧化钠溶液中和反应中产生的酸；c.在磁力搅拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化锰溶液；d.在常温(25°C )条件下搅拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去离子水冲洗数次直到冲洗水变清，105°C烘干压碎，即得到MnO2和粉煤灰质量比I: 1-MnO2负载粉煤灰。
[0022]实施例5-厘1102和粉煤灰质量比=1: 20
[0023]a.称取粉煤灰(过200目)435g加入到250mL (0.4mol/L)高锰酸钾溶液中；b.加500mL(0.4mol/L)氢氧化钠溶液中和反应中产生的酸；c.在磁力搅拌器作用下逐滴加入250mL(0.6mol/L)氯化锰溶液；d.在常温(25°C )条件下搅拌2h后，放置105°C烘箱24h，用去离子水冲洗数次直到冲洗水变清，105°C烘干压碎，即得到MnO2和粉煤灰质量比I: 20-Mn02负载粉煤灰。
【附图说明】
[0024]图1为实施例1合成MnO2与商品MnO2对砷的去除率对比。
[0025]图2为MnO2和粉煤灰不同质量比负载后对砷的去除率对比。其中，实施例2_5主要改性过程说明如下:
[0026]2——MnO2和粉煤灰质量比=1: 2 ；
[0027]3——MnO2和粉煤灰质量比=1: 5 ；
[0028]4——MnO2和粉煤灰质量比=1: 10;
[0029]5——MnO2和粉煤灰质量比=1: 20。
[0030]图3为合成MnO2和原粉煤灰质量比为1: 5、1: 10和实施例3、4制备的材料对砷的去除率对比。
[0031 ] 图4为实施例1-5各材料的SEM-EDX分析图。
[0032]验证实验:分别用具体实施例1-5制备的合成Mn02、MnO2负载粉煤灰(简称MnO2-FA)、原粉煤灰进行含砷废水实验，步骤如下。
[0033]1、实验仪器
[0034]电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)、HZ-2111KB恒温振荡