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近年来,锰矿区生态安全问题逐渐引起人们的关注,锰矿区水生态安全保障技术研究具有重大意义。针对高含锰锰渣渗滤液中锰的分离与回收,本文通过对三种不同官能团改性吸附剂的制备、比选,确定N-羧甲基改性壳聚糖纤维(N-CMCS)作为最优Mn2+吸附材料。对N-CMCS进行了系列Mn2+静态吸附性能研究表明:N-CMCS对Mn2+的吸附符合Langmuir模型,对Mn2+的饱和吸附量达到101.3mg/g;在连续5个周期的静态吸附-解吸实验中,N-CMCS对Mn2+的吸附性能保持不变,具有良好的重复利用性;在模拟实际锰渣渗滤液的配水中,N-CMCS表现出良好的Mn2+吸附选择性,N-CMCS对三种金属离子的吸附顺序为Mn2+>Ca2+>Mg2+;通过对N-CMCS吸附前后的FESEM、FTIR和XPS表征分析,羧基和含N官能团参与了Mn2+的吸附,N-CMCS吸附Mn2+的机理为静电吸附和螯合作用。
在以实际锰渣渗滤液为进水的连续流吸附柱研究中,N-CMCS表现出良好的选择性和实际应用潜力:N-CMCS在吸附柱中可以实现对Mn2+的浓缩,最大浓缩倍数可达到56.1倍;吸附柱运行流速会影响N-CMCS的Mn2+吸附性能,运行流速越快,材料吸附量越小;吸附剂填充高度基本不会影响N-CMCS的Mn2+吸附性能,但会影响吸附柱的工作时间,填充高度越高,吸附柱工作时间越长;连续运行周期中N-CMCS对Mn2+的吸附性能影响微弱,随着运行周期的增加,吸附柱达到穿透和饱和的时间略微降低,但基本保持不变,说明N-CMCS在连续流吸附柱中仍具有良好的重复利用性能。
采用自主设计的吸附柱装置进行50m3/d的锰渣渗滤液锰回收中试研究。在实际运行中,N-CMCS可以实现对Mn2+的选择性吸附和浓缩;沉淀-吸附耦合工艺和吸附工艺在锰的回收中均能得到良好的应用效果,锰回收率>80%;解吸富液(15g/L Mn2+)、沉渣(锰含量>35%)及处理后的水均可得到回收利用;对比两种工艺的成本发现,锰渣渗滤液中锰资源回收采用吸附工艺更经济,且总成本随着材料的使用寿命延长而进一步降低。
在以实际锰渣渗滤液为进水的连续流吸附柱研究中,N-CMCS表现出良好的选择性和实际应用潜力:N-CMCS在吸附柱中可以实现对Mn2+的浓缩,最大浓缩倍数可达到56.1倍;吸附柱运行流速会影响N-CMCS的Mn2+吸附性能,运行流速越快,材料吸附量越小;吸附剂填充高度基本不会影响N-CMCS的Mn2+吸附性能,但会影响吸附柱的工作时间,填充高度越高,吸附柱工作时间越长;连续运行周期中N-CMCS对Mn2+的吸附性能影响微弱,随着运行周期的增加,吸附柱达到穿透和饱和的时间略微降低,但基本保持不变,说明N-CMCS在连续流吸附柱中仍具有良好的重复利用性能。
采用自主设计的吸附柱装置进行50m3/d的锰渣渗滤液锰回收中试研究。在实际运行中,N-CMCS可以实现对Mn2+的选择性吸附和浓缩;沉淀-吸附耦合工艺和吸附工艺在锰的回收中均能得到良好的应用效果,锰回收率>80%;解吸富液(15g/L Mn2+)、沉渣(锰含量>35%)及处理后的水均可得到回收利用;对比两种工艺的成本发现,锰渣渗滤液中锰资源回收采用吸附工艺更经济,且总成本随着材料的使用寿命延长而进一步降低。