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锰和氨氮是当前我国饮用水水源中的主要污染物,污染情况日益严峻,其对人体健康和环境均有较大的危害。锰氧化物具有较强吸附活性、较大比表面积、良好催化性能等特点,作为一种可高效去除水中锰和氨氮的活性材料,受到广泛关注[1]。但如何制备和选择高活性的锰氧化物,仍然亟待解决。本文通过制备具有不同结构特征的锰氧化物,并对其结构进行分析,探究了氧化条件和掺杂离子对锰氧化物去除水中锰和氨氮效能的影响,并分析了锰氧化物对水中锰和氨氮的去除机理。主要结论如下:(1)不同氧化条件对锰氧化物结构和活性有较大影响。以KMnO4为氧化剂在酸性、碱性和中性条件下所制备的样品均为Akhtenskite型MnO2(ε-MnO2),其结晶度较低,比表面积较大;而以O2为氧化剂制备的样品,为Hausmannite型Mn3O4[2],其结晶度较高,氧化物表面密实,比表面积小。锰氧化物对氨氮和锰的去除效能受水体p H、温度和水中离子强度等的影响,其中KMnO4为氧化剂在碱性条件下所制备的锰氧化物氨氮和锰去除效能最高。(2)Na+,Mg2+,Ca2+和Fe3+等掺杂离子对锰氧化物结构和活性也有较大影响。掺杂离子并不会改变氧化物晶型,不同掺杂离子作用下,采用KMnO4作为氧化剂所制备的样品进行仍为Akhtenskite型MnO2;但是不同掺杂离子条件下锰氧化物比表面积、表面形貌、拉曼光谱和Zeta电位均表现出明显差异。其中Fe3+的掺入使样品具有更大的比表面积,但其表面Zeta电位较高,因而对应的锰氧化物去除活性最低;Ca2+的掺入使锰氧化物具有比表面积大、等电点低等特征,表现出最优的锰和氨氮去除活性。(3)机理的研究结果表明锰氧化物对氨氮的去除仅为吸附作用,对锰的去除同时包括吸附和催化氧化能力。锰氧化物对NH4+的去除主要是通过氧化物表面Mn-O-的静电吸附作用。而Mn2+可同时通过与Mn-O-的静电吸附作用和与氧化物表面Mn-OH中的H进行离子交换作用而被去除;同时被吸附的Mn2+可进一步被催化氧化物为新的锰氧化物。其中掺杂有Ca2+的锰氧化物,具有最高的锰催化活性。