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，近年來已受到國內外學者的普遍關注。表面改性是指通過物理化學反應改變原濾料顆粒表面的化學結構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，本論文首次推導了潤濕重量與接觸角之間的關系方程?；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)出明顯的晶體結構和各向異性特征。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，細微的質點顆粒大大減少。XPS和FTIR分析結果表明，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)為單分子層的化學吸附。而改性濾料對油類的反應動力