基于锰铁价态调控的改性活性焦及其制备方法技术

本发明专利技术属于活性焦处理及应用技术领域，具体涉及一种基于锰铁价态调控的改性活性焦及其制备方法。其中改性活性焦包括主成分活性焦和活性组分，其中活性组分浸渍在主成分活性焦上，所述活性组分包括亚铁盐和二价锰盐，且锰和铁在活性焦上的质量比不高于20％。该改性活性焦比表面积大、活性高、pH适用范围广、对水中的新型污染物吸附和去除效果好；而且能够活化过硫酸盐将新型有机污染物彻底氧化为H2O和CO2；当改性活性焦吸附新型污染物饱和后，可通过投加过硫酸盐的方式高效去除其吸附的新型污染物，实现活性焦的快速原位再生，延长活性焦的使用周期，降低使用成本。降低使用成本。

【技术实现步骤摘要】
基于锰铁价态调控的改性活性焦及其制备方法


[0001]本专利技术属于活性焦处理及应用
，具体涉及一种基于锰铁价态调控的改性活性焦及其制备方法。

技术介绍

[0002]工业废水、城镇污水，以及包括饮用水源的天然水体中普遍存在低浓度的新型污染物(Emerging pollutants,EPs)，已经对人类与水生态健康造成严重威胁。这些新型污染物包括药物和个人护理品(PPCPs)，内分泌干扰物(EDCs)，持久性有机污染物(POPs)和人工甜味剂(ASs)等。EPs结构稳定，常规的污水处理工艺难以将其有效去除，导致治理能耗大、成本高、效率低。从城镇污水和饮用水源中将ng/L
‑
μg/L量级的痕量新型污染物去除是一个国际性科学挑战。
[0003]目前吸附和高级氧化过程(Advanced oxidation Processes，AOPs)是公认的能够有效处理水中较低浓度有机物的技术方法。吸附过程可快速将新型污染物从水相转移到固相，但限于吸附剂的使用成本等因素，在实际水处理过程中受到限制。高级氧化过程能够产生大量羟基自由基(
·
OH)等强氧化性物种，能够将有机污染物氧化为二氧化碳和水，具有反应迅速，氧化速率常数高，适用范围广，不会产生二次污染等优点。
[0004]碳基材料催化剂因具有良好的吸附和催化性能，同时可避免金属催化剂的重金属沥出造成的二次污染问题，常被应用于吸附和高级氧化过程。活性焦是一种低比表面积的活性炭，主要以煤为原料制备，比表面积一般≤600m2/g。相对于木质活性炭，其介孔比例更高，具有价格相对便宜、机械强度高、耐磨损等优点。活性焦微孔和介孔比表面积比率分别为45％和50％，而在活性炭上相应的比率别为95％和5％，表明活性焦介孔结构发达，不易堵塞，利于较大分子量的新型污染物的吸附和催化氧化去除。因此，基于活性焦特殊的的孔结构和表面官能团性质，其在水处理等环保领域具有独特的优势。
[0005]然而，事实上，活性焦多用做产业化的气相反应催化剂的载体，没有像活性炭一样在水处理中得到更广泛的研究和应用。值得提及的是，活性焦已经应用在郑州市污水处理厂二级出水深度净化的三级吸附装置中，其中活性焦装填量达十几吨。由于二级出水中有机污染物和新型污染物等微污染有机物浓度本已较低，使得活性焦吸附容量较低，易使活性焦吸附饱和，导致活性焦使用周期有限，限于产业政策等的影响，活性焦再生再利用困难，抬高了活性焦的使用成本。综合考虑，如果对活性焦加以改性，既能提高其对新型污染物吸附去除能力、延长活性焦使用寿命，又能实现改性活性焦催化过硫酸盐快速净化所吸附的新型污染物并实现原位再生，将是大幅扩大活性焦应用范围的根本。

技术实现思路

[0006]针对目前活性焦在水处理中由于二级出水中有机污染物和新型污染物等微污染有机物浓度本已较低，使得活性焦吸附容量较低，易使活性焦吸附饱和，导致活性焦使用周期有限，限于产业政策等的影响，活性焦再生再利用困难，抬高了活性焦的使用成本的缺陷
和问题，本专利技术提供一种基于锰铁价态调控的改性活性焦及其制备方法。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的方案是：一种基于锰铁价态调控的改性活性焦，包括主成分活性焦和活性组分，其中活性组分浸渍在主成分活性焦上，所述活性组分包括亚铁盐和二价锰盐，且锰和铁在活性焦上的质量比不高于20％。
[0008]上述的基于锰铁价态调控的改性活性焦，所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁的任一种；所述二价锰盐为硫酸锰、氯化锰或硝酸锰的任一种。
[0009]上述的基于锰铁价态调控的改性活性焦，其中硫酸锰的摩尔质量百分比不低于50％，硫酸亚铁的摩尔质量百分比介于0
‑
50％之间。
[0010]上述的基于锰铁价态调控的改性活性焦，活性焦的质量百分比大于80％，活性组分的质量百分比小于20％，其中活性组分的质量百分比以锰元素和铁元素计。
[0011]上述的基于锰铁价态调控的改性活性焦，所述活性焦的比表面积为200～800m2/g。
[0012]本专利技术还提供一种基于锰铁价态调控的改性活性焦的制备方法，包括以下步骤：
[0013]步骤一、将亚铁盐配制成亚铁盐溶液，将二价锰盐配制成二价锰盐溶液，将两者按比例混合均匀制成活性组分浸渍液；
[0014]步骤二、将活性焦浸渍在活性组分浸渍液中，并置于恒温振荡器中在120r/min条件下震荡24h；
[0015]步骤三、震荡完成后抽滤分离抽去上层清液，得到沉淀物；
[0016]步骤四、将沉淀物放在烘箱中，在70℃条件下干燥12h；
[0017]步骤五、干燥完成后在300～700℃下煅烧1
‑
5h，即可获得改性活性焦。
[0018]上述的基于锰铁价态调控的改性活性焦的制备方法，步骤二中将活性焦过100目筛。
[0019]本专利技术还提供一种基于锰铁价态调控的改性活性焦的应用，所述改性活性焦能够有效去除废水或者污水中的安赛蜜、四环素和亚甲基蓝。
[0020]上述的应用，所述改性活性焦能与过硫酸盐共同作用有效提高对废水或者污水中的安赛蜜等的去除效果。
[0021]本专利技术的有益效果：本专利技术制备的一种基于锰铁价态调控的改性活性焦，其主成分活性焦产量稳定、性能优异且价格相对低廉，对于新型污染物吸附、降解效果良好，具有广阔的发展前景。
[0022]本专利技术制备的一种基于锰铁价态调控的改性活性焦，能够活化过硫酸盐，对于较低价态的锰或铁，能够活化过硫酸盐生成过硫酸根自由基
·
SO4‑
，
·
OH，超氧自由基
·
O2‑
，单线态氧1O2和空穴h
+
等强氧化性物种，能够将有机污染物(例如安赛蜜)彻底氧化为H2O和CO2。同时，当改性活性焦吸附新型污染物饱和后，可通过投加过硫酸盐的方式高效去除其吸附的新型污染物，实现活性焦的快速原位再生，能够有效提高对废水或者污水中的安赛蜜的去除效果，延长活性焦的使用周期，降低使用成本。
[0023]本专利技术制备的改性活性焦比表面积大、活性高、pH适用范围广、对水中的新型污染物吸附和去除效果好。
[0024]本专利技术制备的一种基于锰铁价态调控的改性活性焦，既可以以商品化活性焦为原料来生产，又可以将活性组分内嵌入现有以兰炭为原料的活性焦制备工艺中，进一步大幅
降低改性成本和使用成本。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例对本专利技术进一步说明。
[0026]实施例1：本实施例提供一种基于锰铁价态调控的改性活性焦，该改性活性焦包括主成分活性焦和活性组分，在本实施例中活性组分仅使用硫酸锰，不使用亚铁盐，其中活性组分硫酸锰浸渍在活性焦上。
[0027]制备方法为：
[0028]步骤一、将1.0g硫酸锰加入50mL去离子水中配制成硫酸锰溶液，得到活性组分浸渍液；
[0029]步骤二、将活性焦过100目筛后，取2.5g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锰铁价态调控的改性活性焦，其特征在于：包括主成分活性焦和活性组分，其中活性组分浸渍在主成分活性焦上，所述活性组分包括亚铁盐和二价锰盐，且锰和铁在活性焦上的质量比不高于20％。2.根据权利要求1所述的基于锰铁价态调控的改性活性焦，其特征在于：所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁的任一种；所述二价锰盐为硫酸锰、氯化锰或硝酸锰中的任一种。3.根据权利要求2所述的基于锰铁价态调控的改性活性焦，其特征在于：其中硫酸锰的摩尔质量百分比不低于50％，硫酸亚铁的摩尔质量百分比介于0
‑
50％之间。4.根据权利要求1所述的基于锰铁价态调控的改性活性焦，其特征在于：活性焦的质量百分比大于80％，活性组分的质量百分比小于20％，其中活性组分的质量百分比以锰元素和铁元素计。5.根据权利要求1所述的基于锰铁价态调控的改性活性焦，其特征在于：所述活性焦的比表面积为200～800m2/g。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的基于锰铁价态调控的改性活性焦的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：米晓，郭宇杰，张树德，曹泰洋，李国亭，王海荣，谭云飞，刘迎旭，王宁，
申请(专利权)人：郑州市污水净化有限公司，
类型：发明
国别省市：