[发明专利]一种多价锰氧化物填料及其制备方法和应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及人工湿地脱氮技术领域，具体涉及一种多价锰氧化物填料及其制备方法和应用。

背景技术

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。

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。

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(Mn³⁺/Mn⁴⁺)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)：

4MnO₂+NH₄⁺+6H⁺→4Mn²⁺+NO₃^-+5H₂O   (1)

3MnO₂+NH₄⁺+4H⁺→3Mn²⁺+NO₂^-+4H₂O   (2)

3MnO₂+2NH₄⁺+4H⁺→3Mn²⁺+N₂+6H₂O   (3)

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。

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。

发明内容

为了解决现有锰氧化物的制备存在不环保的问题，本发明的目的之一是提供一种多价锰氧化物填料的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种多价锰氧化物填料的制备方法，包括以下步骤：