锰渣渗滤液中Mn(II)的吸附分离与回收应用研究

摘要

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。

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