一种多价锰氧化物填料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多价锰氧化物填料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：步骤1、将大叶桉树叶提取物加入到高锰酸钾溶液中进行氧化反应，并搅拌最终形成悬浮液；步骤2、将步骤1中的悬浮液依次进行过滤和烘干得到烧结前驱体；步骤3、将烧结前驱体进行烧结制得多价锰氧化物填料。本发明专利技术中通过氧化反应与烧结反应之间的结合，制备出了同时含有Ⅱ价、Ⅲ价、Ⅳ价锰的多价锰氧化物填料，并且该填料呈疏松多孔状；另外，本发明专利技术中将氧化反应和烧结反应相互结合，降低了多价锰氧化物制备的工艺难度，在一定程度上利于后期产业化。在一定程度上利于后期产业化。在一定程度上利于后期产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种多价锰氧化物填料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及人工湿地脱氮
，具体涉及一种多价锰氧化物填料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]人工湿地是近年来新兴的一种生态处理技术。相比于传统的活性污泥法，它具有运营成本低、废水处理效果好、操作简单维护方便和生态效益显著等优点，十分适合于处理分散式村镇生活污水。
[0003]人工湿地脱氮机理复杂，通常包括硝化反硝化、植物吸收、基质吸附和挥发等。硝化
‑
反硝化被认为是人工湿地脱氮的主要方式，占脱氮的50％以上。然而，由于人工湿地特殊的淹水结构，大气复氧(5.77～18.45gO2m
‑2d
‑1)和根系泌氧(0.005～12gO2m
‑2d
‑1)提供的氧气远远少于消耗的氧气(450gO2m
‑2d
‑1)。氧的供应和消耗之间的巨大差距导致人工湿地中经常为厌氧或缺氧条件。此外，由于污水中有机碳源较少，缺乏电子受体，人工湿地的反硝化作用也被抑制。因此，由于人工湿地中溶解氧(DO)、电子受体的缺乏，硝化、反硝化作用总是被抑制，这导致传统人工湿地的脱氮效果不理想(40～55％)，需要相应的技术、工艺来解决。
[0004]近年来，有研究表明矿物氧化物如氧化铁(FeOx)和氧化锰(MnOx)可作为电子受体介导缺氧条件下的氮循环。与FeOx相比，MnOx的零电点更低(1.5～4.6)，在微生物代谢中的利用效率高5
‑
6倍，是具有前景的脱氮材料。目前MnOx(Mnr/>3+
/Mn
4+
)的脱氮过程主要通过MnOx还原和硝化过程耦合以及直接介导厌氧氨氧化过程(Mnammox)两种途径实现，详见式(1)～(3)：
[0005]4MnO2+NH
4+
+6H
+
→
4Mn
2+
+NO3‑
+5H2O
ꢀꢀꢀ
(1)
[0006]3MnO2+NH
4+
+4H
+
→
3Mn
2+
+NO2‑
+4H2O
ꢀꢀꢀ
(2)
[0007]3MnO2+2NH
4+
+4H
+
→
3Mn
2+
+N2+6H2O
ꢀꢀꢀ
(3)
[0008]目前，锰氧化物的制备方法主要包括水热合成法、化学沉淀法、溶胶
‑
凝胶法以及模板法等。这些方法存在诸多弊端，比如水热合成法需要高温高压酸性环境，化学沉淀法需要反复洗涤，溶胶
‑
凝胶法需要金属醇盐等前驱体，模板法需要较高的成本。
[0009]因此，一种低消耗、低成本、节能环保、条件温和、工艺简便成为当下人工湿地填料生产的主要目标。

技术实现思路

[0010]为了解决现有锰氧化物的制备存在不环保的问题，本专利技术的目的之一是提供一种多价锰氧化物填料的制备方法。
[0011]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：
[0012]一种多价锰氧化物填料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1、将大叶桉树叶提取物加入到高锰酸钾溶液中进行氧化反应，并搅拌最终形
成悬浮液；
[0014]步骤2、将步骤1中的悬浮液依次进行过滤和烘干得到烧结前驱体；
[0015]步骤3、将烧结前驱体进行烧结制得多价锰氧化物填料。
[0016]本专利技术的有益效果为：本专利技术中通过氧化反应与烧结反应之间的结合，制备出了同时含有Ⅱ价、Ⅲ价、Ⅳ价锰的多价锰氧化物填料，并且该填料呈疏松多孔状；另外，本专利技术中将氧化反应和烧结反应相互结合，降低了多价锰氧化物制备的工艺难度，在一定程度上利于后期产业化。
[0017]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
[0018]进一步地，步骤1中氧化反应的条件为：在常温下反应2～3h。
[0019]进一步地，步骤1中悬浮液的固液比为：(2～3):50g/mL。
[0020]进一步地，步骤1中的大叶桉树叶提取物的粒径为74～100μm，步骤1中的高锰酸价溶液的摩尔浓度为0.15～0.3mol/L。
[0021]进一步地，步骤2中的烘干条件为：烘干温度为70～80℃、烘干时间为24～36h。
[0022]进一步地，步骤3中的烧结条件为：升温速率为8～12℃/min、烧结温度为600～900℃、烧结氛围为：空气、烧结时间为3～4h。
[0023]进一步地，步骤3中的烧结条件为：升温速率为10℃/min、烧结温度600℃、烧结氛围为：空气、烧结时间为3h。
[0024]本专利技术的目的之二是提供一种目的之一制备的多价锰氧化物填料。
[0025]本专利技术的目的之三是提供一种将目的之二中的多价锰氧化物填料在人工湿地脱氮方面的应用。
[0026]本专利技术具有以下有益效果：
[0027]1、本专利技术中制备的锰氧化物填料具有疏松多孔的结构特征，其用作人工湿地填料时，对环境具备较强的净化功能，同时还具备高效的脱氮作用，对湿地植被生长发育还具有促进作用，使人工湿地能够更好的发挥生态保护功能。
[0028]2、本专利技术的多价锰氧化物填料为大叶桉树叶提取物为基制得，大叶桉树叶提取物为多价锰氧化物填料的生成起到了还原剂和模板剂的作用；具体的为，大叶桉树叶提取物中富含大量的氨基酸、蛋白质，糖类、维生素、有机胺类和季胺离子，其中糖类中的还原糖和氨基酸与高锰酸钾反应，使MnO4‑
被还原成不同低价态(III、IV)的锰；而大叶桉树叶提取物中的有机胺类和季胺离子在多价锰氧化物填料的制备过程中起到结构模板的作用，具体为：(1)结构导向作用，通过加入有机物改变物质的化学性质，为最后填料结构的形成提供一定的模板作用，再通过煅烧形成特定晶相的介孔材料；(2)在填料骨架中起到空间填充的作用，能稳定最终生成的结构；(3)起到平衡产物骨架电荷的作用。
[0029]因此，本专利技术最终形成具有稳定化学成分和结构的多价锰氧化物填料，有利于微生物的利用与生长，其用于人工湿地具有高效脱氮。此外，本专利技术中大叶桉树叶提取物还可从废弃的大叶桉树枯叶中提取，具有原料来源广、成本低廉等优点。
[0030]3、本专利技术中通过氧化反应与烧结反应之间的结合，制备出了同时含有Ⅱ价、Ⅲ价、Ⅳ价锰的多价锰氧化物填料，并且该填料呈疏松多孔状；另外，本专利技术中将氧化反应和烧结反应相互结合，降低了多价锰氧化物制备的工艺难度，在一定程度上利于后期产业化。
附图说明
[0031]图1为SEM图，其中，(a)和(c)为烧结前驱体的SEM图，(b)和(d)为多价锰氧化物填料的SEM图；
[0032]图2为EDS能谱图，其中，(a)图为烧结前驱体的ESD能谱图，(b)图为多价锰氧化物填料的EDS能谱图；
[0033]图3为烧结前驱体和多价锰氧化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多价锰氧化物填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将大叶桉树叶提取物加入到高锰酸钾溶液中进行氧化反应，并搅拌最终形成悬浮液；步骤2、将步骤1中的悬浮液依次进行过滤和烘干得到烧结前驱体；步骤3、将烧结前驱体进行烧结制得多价锰氧化物填料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中氧化反应的条件为：在常温下反应2～3h。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中悬浮液的固液比为：(2～3):50g/mL。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的大叶桉树叶提取物的粒径为74～100μm，所述步骤1中的高锰酸价溶液的摩尔浓度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一，戴静怡，鲜志浩，赵姝媛，张欣，吴豪，李岚曦，刘涛，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：