一种可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂、其制备方法及应用，其制备方法包括以下步骤：S1.制备锰氧化物前驱体；S2.向步骤S1中所述锰氧化物前驱体中掺杂Fe

【技术实现步骤摘要】
一种可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于脱氨催化剂
，具体涉及一种可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]水是地球上重要的自然资源，同时也是生命的载体物质，随着我国工农业的快速发展，水资源污染问题日益突出。在水体污染物中，以氨氮污染最为常见。氨氮的大量排放，在河道湖泊等可引起藻类异常繁殖，从而引起溶解氧降低，造成水体的富营养化；水体中氨氮通过微生物作用生成具有致癌作用的硝酸根和亚硝酸根离子，威胁水生生物及人类生命安全等。
[0003]目前，污水中氨氮的去除一般包括物化法和生物法。其中物化法包括吹脱法，吸附法，化学沉淀法和离子交换法等。这些方法均具有工艺流程简单，处理效率高，处理效果稳定等优势。但这些方法普遍具有能耗高，易造成二次污染等问题。生物脱氮法是目前市政污水处理中应用最广泛的方法。传统生物脱氮法主要为硝化反硝化法，包括硝化和反硝化两个步骤。在硝化阶段，氨氧化菌在好氧条件下将氨氮氧化成亚硝氮，再经硝化菌进一步氧化成为。在反硝化阶段，反硝化细菌在缺氧条件下将硝氮和亚硝氮转化为氮气。该过程处理效果稳定，操作简单，不产生二次污染，成本较低等优点。但是，该工艺需要添加碳源及碱度，需要提供较高的曝气量，并且硝化菌对环境敏感，导致设备成本及运营成本较高。
[0004]短程硝化
‑
厌氧氨氧化工艺是通过特殊氨氧化菌在缺氧条件下以亚硝氮为电子受体，将氨氮转变为氮气的过程，该过程与传统生物脱氮法相比，具有无需添加有机碳源，所需曝气量小，产生的碳排放及污泥量少，设备运营成本低，无二次污染等优势，是一种重要的新型水处理工艺。但在该工艺的氨氧化过程中，微生物生长缓慢，对环境敏感，系统启动较慢，导致氧化产物亚硝氮容易转变为硝氮而难以累积。因此需要研究选择性和氧化效率更高的氨氧化工程。
[0005]当前，市政污水脱氮主要依赖生物法(硝化反硝化)去除，并且我国城镇污水碳氮比普遍较低，约70％的城镇污水的BOD5/总氮低于4，因此长期以来，总氮的去除一直是污水深度处理中最突出的难点，超过50％的污水处理厂需要长期投加甲醇、乙酸钠等碳源药剂，一级A的污水处理厂平均投加量约为23mg/L。而北京、昆明等地方标准已经将总氮限值进一步提高至5
‑
10mg/L，在脱氮的关键环节，污水处理厂的产水水质保障压力和经济负担将更加沉重。
[0006]采用厌氧氨氧化技术进行市政污水的深度脱氮，无需投加碳源，在经济性上具有很大优势。但是，厌氧氨氧化技术的使用，需要前端工艺能够稳定产生和积累亚硝氮，由于市政污水的氨氮浓度很低，仅40mg/L，导致前端工艺难以稳定产生和积累亚硝氮，从而导致厌氧氨氧化技术在市政污水处理上无法推广。
[0007]催化氧化脱铵技术是近几年发展起来的新型水处理技术，其催化剂主要成分为铁锰氧化物，主要作用过程为，在有氧条件下，水中氨氮在催化剂表面氧化成硝氮和亚硝氮，
该过程氧化效率高，操作方便，无二次污染，具有广阔的应用前景。例如，中国专利文献CN105000722B提供了一种用于催化氧化去除水中氨氮的活性滤料制备系统，利用石英砂基底负载的二氧化锰催化膜进行地下水的氨氮的氧化处理，解决了生物法处理氨氮的产水不稳定的问题，二次污染等问题，但是该方法氧化处理后的产物为硝酸根离子，与厌氧氨氧化过程联用不能提供稳定的亚硝氮积累量。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的技术问题是提供一种可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂、其制备方法及应用，该方法通过对锰氧化物前驱体晶体在低温梯度加热条件下掺杂多种元素，增加晶体缺陷及活性位点的含量，提高催化剂的氨氮氧化能力，使氨氮催化氧化产物均为亚硝氮并稳定积累，为后续厌氧氨氧化过程提供稳定的亚硝氮来源，从而降低水体中总氮。
[0009]为了解决上述问题，本专利技术的一个方面提供一种制备可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂的方法，包括以下步骤：
[0010]S1.制备锰氧化物前驱体；
[0011]S2.向步骤S1中所述锰氧化物前驱体中掺杂Fe
3+
、Ca
2+
、Mg
2+
、H3BO3，得到可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂。
[0012]本专利技术的制备脱氨催化剂的方法，通过向锰氧化物前驱体中掺杂Fe
3+
、Ca
2+
、Mg
2+
、H3BO3，可增加锰氧化物晶体中的晶格缺陷，从而增加催化剂的活性位点含量，使其催化氧化活性提高，对氨氮废水催化氧化处理产物均为亚硝氮并稳定累积，从而可与为后续厌氧氨氧化过程提供稳定的亚硝氮来源，两方法联用，降低水体中总氮。具体地，晶体中掺杂的Fe元素使催化剂晶体结晶性降低，提高了催化剂表面氧空穴的含量，有利于气态氧的吸附及活化，增加了催化剂表面活性氧物种，使催化剂稳定性更强，催化剂寿命更长；晶体中掺杂的Ca，Mg，B元素，提高了催化剂表面电子传递速率，从而使脱铵催化剂的催化活性提高，且氧化产物均为亚硝氮。
[0013]优选地，步骤S1具体为：
[0014]将Mn
2+
溶液与高锰酸钾溶液混合并搅拌，得到悬浊液，然后固液分离得到所述锰氧化物前驱体。
[0015]该过程主要涉及的方程式为：
[0016]3Mn
2+
+2MnO4‑
+2H2O＝5MnO2+4H
+
[0017]2Mn
2+
+O2+2H2O＝2MnO2+4H
+
[0018]优选地，步骤S1具体包括以下步骤：
[0019]S101.配置浓度为1
‑
3g/L的Mn
2+
溶液；
[0020]S102.配置浓度为1.3
‑
4.2g/L的高锰酸钾溶液；
[0021]S103.将240
‑
720mL/min的Mn
2+
溶液与240
‑
720mL/min的高锰酸钾溶液混合反应，得到悬浊液，然后固液分离得到所述锰氧化物前驱体。
[0022]进一步地，固液分离采用过滤并洗涤的方法完成。
[0023]优选地，步骤S2具体包括以下步骤：
[0024]S201.将所述锰氧化物前驱体分散于溶剂中，投料比为40
‑
100g/L，得到第一分散液；
[0025]S202.向所述第一分散液中加入Fe
3+
溶液，使所述第一分散液中Fe
3+
浓度为0.3
‑
1g/L，然后固液分离，得到Fe
3+
掺杂的锰氧化物；
[0026]S203.配置含有30
‑
50mg/L Ca
2+
、20
‑
30mg/L Mg
2+
、56
‑
109mg/L H3BO3的掺杂溶液，将所述Fe...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.制备锰氧化物前驱体；S2.向步骤S1中所述锰氧化物前驱体中掺杂Fe
3+
、Ca
2+
、Mg
2+
、H3BO3，得到可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂。2.根据权利要求1所述的制备可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂的方法，其特征在于，步骤S1具体为：将Mn
2+
溶液与高锰酸钾溶液混合并搅拌，得到悬浊液，然后固液分离得到所述锰氧化物前驱体。3.根据权利要求2所述的制备可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂的方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：S101.配置浓度为1
‑
3g/L的Mn
2+
溶液；S102.配置浓度为1.3
‑
4.2g/L的高锰酸钾溶液；S103.将240
‑
720mL/min的Mn
2+
溶液与240
‑
720mL/min的高锰酸钾溶液混合反应，得到悬浊液，然后固液分离得到所述锰氧化物前驱体。4.根据权利要求2所述的制备可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂的方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S201.将所述锰氧化物前驱体分散于溶剂中，投料比为40
‑
100g/L，得到第一分散液；S202.向所述第一分散液中加入Fe
3+
溶液，使所述第一分散液中Fe
3+
浓度为0.3
‑
1g/L，然后固液分离，得到Fe
3+
掺杂的锰氧化物；S203.配置含有30
‑
50mg/L Ca
2+
、20
‑
30mg/L Mg
2+
、56
‑
109mg/L H3BO3的掺杂溶液，将所述Fe
3+
掺杂的锰氧化物分散于所述掺杂溶液中，投料比为40
‑
100g/L，然后固液分离，得到所述可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂。5.根据权利要求4所述的制备可稳定产亚硝氮的脱氨催化剂的方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S201.将所述锰氧化物前驱体分散于溶剂中，投料比为40

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亦力，杨恒宇，莫恒亮，刘曼曼，李锁定，丑树人，侯琴，向春，赵文芳，
申请(专利权)人：北京碧水源膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：