石英砂濾料干法表面改性與除油性能研究.pdf

1、含油廢水是一類重要的難降解有機(jī)廢水，其來源廣泛。過濾法是一種常用的含油廢水處理方法，水處理濾料表面潤濕性對(duì)含油廢水過濾的處理效率具有重要作用。常用的天然石英砂濾料極性較強(qiáng)，為親水性物質(zhì)，對(duì)含油廢水的處理效率較低；為了提高含油廢水的處理效率，需改善石英砂濾料表面的親油疏水性。研究表明，利用改性劑對(duì)粉體顆粒表面進(jìn)行物理化學(xué)改性，能改善顆粒在其他物質(zhì)中的分散性。本論文在前期濕法改性研究的基礎(chǔ)上，將改性劑溶液噴灑在改性設(shè)備中充分分散的干燥濾料顆

2、粒表面，研究可用于基礎(chǔ)應(yīng)用研究和工業(yè)應(yīng)用的石英砂濾料干法表面改性工藝。采用單因素試驗(yàn)法，選用常見的鈦酸酯DN101、硅烷偶聯(lián)劑KH570以及鈦酸酯偶聯(lián)劑DN101與硅烷偶聯(lián)劑KH550復(fù)合對(duì)0.45~0.90 mm的石英砂濾料進(jìn)行干法表面改性，以親油親水比（LHR）表征石英砂濾料親油疏水性的大小。通過含油廢水的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)過濾實(shí)驗(yàn)，考察改性前后石英砂濾料的吸附性能和除油效率，以及LHR、吸附容量和除油效率三者之間的關(guān)系，為改性濾料

3、用于廢水處理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。
　?。?）根據(jù) Laplace和 Young方程中關(guān)于潤濕性的基本方程，以水和環(huán)己烷表征水相和油相，采用動(dòng)態(tài)質(zhì)量法測(cè)定水相和油相對(duì)石英砂濾料的潤濕接觸角，以 LHR表征濾料親油疏水性的大小，并推導(dǎo)了動(dòng)態(tài)質(zhì)量法計(jì)算LHR的公式，0.45~0.90 mm天然石英砂濾料LHR為1.25。LHR=m/moγLGO/γLG
　?。?）DN101干法表面改性石英砂濾料工藝的最佳條件為：偶聯(lián)劑用量1.

4、2％，反應(yīng)時(shí)間70 min，反應(yīng)溫度60℃；DN101與KH550復(fù)合干法表面改性石英砂濾料的最佳條件為：偶聯(lián)劑總用量1.0%，偶聯(lián)劑質(zhì)量配比1：2，反應(yīng)時(shí)間50 min，反應(yīng)溫度60℃；KH570干法表面改性石英砂濾料的最佳條件為：偶聯(lián)劑用量1.5%，反應(yīng)時(shí)間50 min，反應(yīng)溫度60℃。改性效果最佳的DN101、DN101與KH550復(fù)合、KH570干法表面改性石英砂濾料LHR分別為11.1、7.4、5.0。改性后水對(duì)石英砂濾料的潤

5、濕質(zhì)量明顯降低，環(huán)己烷對(duì)石英砂濾料的潤濕質(zhì)量基本不變。
　　（3）掃描電鏡（SEM）、電子能譜（XPS）和紅外光譜分析（FTIR）結(jié)果表明：偶聯(lián)劑干法表面改性石英砂濾料表面均勻包覆一層偶聯(lián)劑分子顆粒，表面較為平整，棱角減少，階梯狀斷口消失。天然石英砂濾料由Si和O元素以SiO2形式組成，其表面存在以結(jié)合水形式存在的Si-OH；改性石英砂濾料表面均存在C、O、Si元素，DN101、DN101與KH550復(fù)合改性石英砂濾料表面存在Ti

6、元素。偶聯(lián)劑與石英砂濾料表面羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，偶聯(lián)劑分子以化學(xué)鍵的方式接枝在石英砂濾料表面，形成了穩(wěn)定的分子涂層。
　?。?）含油廢水靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)過濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，天然石英砂濾料經(jīng)偶聯(lián)劑干法表面改性后，其靜態(tài)吸附容量和動(dòng)態(tài)過濾除油效率均得到提高，吸附容量增長幅度大于過濾除油效率增長幅度，且 LHR值、吸附容量和過濾除油效率三者之間呈正相關(guān)關(guān)系。DN101干法表面改性石英砂濾料三項(xiàng)數(shù)值均為幾種石英砂濾料中最高，改性效果最佳。<

7、br>　?。?）靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石英砂濾料對(duì)15.6 mg?L-1含油廢水吸附平衡時(shí)間約為270 min。吸附平衡時(shí)，天然石英砂濾料吸附容量為0.244 mg·g-1，DN101、DN101與KH550復(fù)合改性石英砂濾料的吸附容量達(dá)到0.418 mg·g-1、0.389 mg·g-1，較未改性石英砂濾料分別提高了71%和59%。改性石英砂濾料對(duì)含油廢水的最大吸附容量與其油廢水濃度呈線性正相關(guān)。
　?。?）動(dòng)態(tài)過濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明