自支撐地質(zhì)聚合物無機膜的制備及其在廢水處理中的應用.pdf

1、地質(zhì)聚合物(Geopolymer)是一種采用天然礦物（高嶺土）或固體廢棄物（粉煤灰、礦渣等）及人工合成硅鋁化合物為原料，在堿激發(fā)條件下經(jīng)縮聚反應聚合成由[SiO4]和[AlO4]組成的一類三維網(wǎng)絡凝膠材料。地質(zhì)聚合物具有早強、耐酸堿腐蝕、耐高溫品質(zhì)佳、凝結時間可控等優(yōu)良工作性能，獨特的三維網(wǎng)絡結構對有毒、有害重金屬離子的固定能力極強、溶出率低，對重金屬廢水和生活污水具有顯著的分離效果。
　　本課題組制備的自支撐偏高嶺土基地質(zhì)聚合物

2、無機膜較傳統(tǒng)商業(yè)膜而言具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢，成本低廉、原料廣泛、制備工藝簡單、幾乎無“三廢”問題。本論文詳細考察了影響偏高嶺土基自支撐地質(zhì)聚合物無機膜微觀形貌、孔徑和比表面積的主要因素，借助X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、TG-DSC、BET、抗壓強度和水通量等測試手段研究自支撐地質(zhì)聚合物無機膜的結構和力學性能，最終確定自支撐地質(zhì)聚合物無機膜適用于污水中重金屬離子和顆粒物分離的最佳工藝參數(shù)，并通過模擬重金屬廢水和生活廢水研究自支

3、撐地質(zhì)聚合物無機膜的分離能力。
　　(1)根據(jù)制備自支撐偏高嶺土基地質(zhì)聚合物無機膜的原料組成及配比，研究了養(yǎng)護溫度、n(H2O)/n(Na2O)對自支撐地質(zhì)聚合物無機膜微觀孔結構及力學性能的影響。確定用于膜法水處理的自支撐地質(zhì)聚合物無機膜最佳制備工藝參數(shù)為:水玻璃模數(shù)n(SiO2)/n(Na2O)=1.3，n(Na2O)/n(Al2O3)=0.8，n(SiO2)/n(Al2O3)=2.96，n(H2O)/n(Na2O)=19，養(yǎng)護

4、溫度60℃，養(yǎng)護時間24 h。由此得到的自支撐地質(zhì)聚合物無機膜各性能參數(shù)為:水通量99.04 kg·m-2·h-1，抗壓強度18.67 MPa，比表面積37.87 m2·g-1，吸附量35.52 cm3·g-1，平均孔徑276.11 nm，平均孔隙率62.64％。
　　(2)自支撐偏高嶺土基地質(zhì)聚合物無機膜處理重金屬廢水的研究結果表明:自支撐地質(zhì)聚合物無機膜中過量的堿度對酸性溶液有較強的緩沖能力，無機膜在溶液pH≥4的工作條件下適

5、宜對重金屬離子進行吸附、截留，且去除率隨溶液pH升高而增大，自支撐地質(zhì)聚合物無機膜對濃度低于500mg·L-1，pH=5的Ni2+去除率高達90.82％。增大無機膜厚度，降低吸附溫度和溶液濃度均有利于Ni2+去除率的提高。在二元和三元體系中，Pb2+和Cu2+均強烈抑制自支撐地質(zhì)聚合物無機膜對Ni2+的吸附，競爭吸附能力大小順序為Pb2+＞ Cu2+＞ Ni2+。本文研究了自支撐地質(zhì)聚合物無機膜對重金屬廢水的吸附、凈化作用機理，即中和微

6、沉淀、絮凝截留作用，離子交換作用和多孔結構物理吸附作用。
　　(3)自支撐偏高嶺土基地質(zhì)聚合物無機膜處理高濁度廢水的研究結果表明:以濁度、SS、糞大腸菌群作為水質(zhì)評價指標時，其各項去除率均達93％以上，高濁度污水經(jīng)過濾后濁度可降低至0.19 NTU;然而在對氨氮、CODCr、 BOD5三項水質(zhì)指標進行對比時發(fā)現(xiàn)其去除率均低于70％，自支撐地質(zhì)聚合物無機膜水通量衰減約為初始水通量的22％。結果說明自支撐偏高嶺土基地質(zhì)聚合物無機膜對細