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文檔簡介
1、水處理濾料表面潤濕性對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)改變原濾料顆粒表面的化學(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對石英砂濾料進行表面改性,研究改性前后石英砂濾料的潤濕性。通過含油廢水的靜態(tài)模擬實驗,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)為了方便評價與對比未改性和改性石英砂濾料的潤濕性,根據(jù)Laplace和Young方程,本論文首次推導(dǎo)了潤濕重量與接觸角之間的關(guān)系方程?;痉匠虨?cosθ=reff/2γLGgw/επR2
對于粒徑為0.4
3、5~0.9mm水處理石英砂濾料,運用動態(tài)重量法研究改性前后石英砂濾料的潤濕性過程。結(jié)果表明,去離子水和環(huán)己烷對未改性與改性石英砂濾料的潤濕速率均在前20s內(nèi)最快,之后慢慢趨于平緩。在某180s左右,潤濕過程達到平衡狀態(tài),潤濕重量幾乎不再增加,這說明利用動態(tài)重量法研究未改性與改性石英砂濾料表面潤濕性實驗方法可行,結(jié)果準確可靠。
(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℃,攪拌時間15min。鈦酸酯偶聯(lián)劑改性石英砂濾料對水的潤濕重量由改性前的1.5589g降低到0.0282g,硅烷偶聯(lián)劑改性石英砂濾料對水的潤濕重量降低到0.0607g,鋁酸酯改性石英砂濾料對水的潤濕重量降低到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)對未改性與改性石英砂濾料表面進行表征。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,細微的質(zhì)點顆粒大大減少。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,易形成多價態(tài)的無機化合物,極性較強。經(jīng)偶聯(lián)劑改性后,濾料表面覆蓋了一層非極性的有機分子化
6、合物,使得濾料表面非極性增強。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)除油實驗表明: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分別增加了33.67%、42.87%、22.30%。
(5)改性濾料對油類的吸附等溫線研究表明:Langmuir吸附等溫線更適合對未改性與改性石英砂的吸附過程進行描述,故未改性與改性石英砂對油的吸附主要表現(xiàn)為單分子層的化學(xué)吸附。而改性濾料對油類的反應(yīng)動力
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