濾料表面改性與含油廢水的處理研究.pdf

1、水處理濾料表面潤(rùn)濕性對(duì)含油廢水處理效率有很大影響，常用水處理濾料石英砂比表面積小，非極性弱，為親水礦物，對(duì)含油廢水的處理效果差。為改善石英砂與油類污染物之間的親和性，提高含油廢水的處理效果，人們提出了濾料表面改性的概念，近年來已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注。表面改性是指通過物理化學(xué)反應(yīng)改變?cè)瓰V料顆粒表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)使之成為親油疏水性的填料，從而提高含油廢水的處理效果。本論文選用硅烷偶聯(lián)劑KH-550、鈦酸酯偶聯(lián)劑DN-101和鋁酸酯偶聯(lián)劑DL

2、-411對(duì)石英砂濾料進(jìn)行表面改性，研究改性前后石英砂濾料的潤(rùn)濕性。通過含油廢水的靜態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，考察了未改性與改性石英砂濾料的除油性能，揭示了濾料的潤(rùn)濕性與除油率之間的關(guān)系，為新型改性濾料的制備提供理論依據(jù)。
　　(1)為了方便評(píng)價(jià)與對(duì)比未改性和改性石英砂濾料的潤(rùn)濕性，根據(jù)Laplace和Young方程，本論文首次推導(dǎo)了潤(rùn)濕重量與接觸角之間的關(guān)系方程?；痉匠虨?cosθ=reff/2γLGgw/επR2
　　對(duì)于粒徑為0.4

3、5～0.9mm水處理石英砂濾料，運(yùn)用動(dòng)態(tài)重量法研究改性前后石英砂濾料的潤(rùn)濕性過程。結(jié)果表明，去離子水和環(huán)己烷對(duì)未改性與改性石英砂濾料的潤(rùn)濕速率均在前20s內(nèi)最快，之后慢慢趨于平緩。在某180s左右，潤(rùn)濕過程達(dá)到平衡狀態(tài)，潤(rùn)濕重量幾乎不再增加，這說明利用動(dòng)態(tài)重量法研究未改性與改性石英砂濾料表面潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)方法可行，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
　　(2)鈦酸酯偶聯(lián)劑改性石英砂濾料的最佳工藝條件為:偶聯(lián)劑用量15％，反應(yīng)溫度90℃，攪拌時(shí)間15min

4、;硅烷偶聯(lián)劑和鋁酸酯改性石英砂濾料的最佳工藝條件均為:偶聯(lián)劑用量15％，反應(yīng)溫度110℃，攪拌時(shí)間15min。鈦酸酯偶聯(lián)劑改性石英砂濾料對(duì)水的潤(rùn)濕重量由改性前的1.5589g降低到0.0282g，硅烷偶聯(lián)劑改性石英砂濾料對(duì)水的潤(rùn)濕重量降低到0.0607g，鋁酸酯改性石英砂濾料對(duì)水的潤(rùn)濕重量降低到0.2664g。親油疏水性有了很大提高。綜上所述，DN-101改性石英砂效果最好，KH-550改性效果次之，DL-411改性效果最差。
　

5、　(3)采用掃描電鏡(SEM)、電子能譜分析(XPS)和紅外光譜(FTIR)對(duì)未改性與改性石英砂濾料表面進(jìn)行表征。結(jié)果表明，未改性石英砂表面粗糙，有許多溝槽和凹坑，呈現(xiàn)出明顯的晶體結(jié)構(gòu)和各向異性特征。改性后石英砂濾料表面由偶聯(lián)劑均勻覆蓋，顏色變淺，銳棱減少，細(xì)微的質(zhì)點(diǎn)顆粒大大減少。XPS和FTIR分析結(jié)果表明，未改性石英砂濾料主要由O、Si元素組成，易形成多價(jià)態(tài)的無機(jī)化合物，極性較強(qiáng)。經(jīng)偶聯(lián)劑改性后，濾料表面覆蓋了一層非極性的有機(jī)分子化

6、合物，使得濾料表面非極性增強(qiáng)。KH-550改性石英砂濾料主要由O、Si以及來自硅烷偶聯(lián)劑KH-550中的C三種元素組成，DN-101改性石英砂主要由O、Si以及來自鈦酸酯偶聯(lián)劑中的C和Ti組成，DL-411改性石英砂分別由O、Si以及來自鋁酸酯偶聯(lián)劑中的C和Al組成。
　　(4)除油實(shí)驗(yàn)表明:DN-101改性石英砂濾料的除油率效果最好，由未改性石英砂的33.55％提高到58.74％;硅烷偶聯(lián)劑改性石英砂效果次之，去除率為50.59

7、％，鋁酸酯偶聯(lián)劑改性效果最差，去除率為43.18％。與未改性石英砂濾料相比:KH-550、DN-101、DL-411改性石英砂濾料的吸附容量增大了很多，油的吸附容量同比未改性時(shí)分別增加了33.67％、42.87％、22.30％。
　　(5)改性濾料對(duì)油類的吸附等溫線研究表明:Langmuir吸附等溫線更適合對(duì)未改性與改性石英砂的吸附過程進(jìn)行描述，故未改性與改性石英砂對(duì)油的吸附主要表現(xiàn)為單分子層的化學(xué)吸附。而改性濾料對(duì)油類的反應(yīng)動(dòng)力