自支撐地質(zhì)聚合物無機(jī)膜的制備及其在廢水處理中的應(yīng)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(yīng)聚合成由[SiO4]和[AlO4]組成的一類三維網(wǎng)絡(luò)凝膠材料。地質(zhì)聚合物具有早強(qiáng)、耐酸堿腐蝕、耐高溫品質(zhì)佳、凝結(jié)時(shí)間可控等優(yōu)良工作性能，獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)有毒、有害重金屬離子的固定能力極強(qiáng)、溶出率低，對(duì)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(jī)膜較傳統(tǒng)商業(yè)膜而言具有顯著的經(jīng)濟(jì)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(xì)考察了影響偏高嶺土基自支撐地質(zhì)聚合物無機(jī)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(qiáng)度和水通量等測試手段研究自支撐地質(zhì)聚合物無機(jī)膜的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，最終確定自支撐地質(zhì)聚合物無機(jī)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(jī)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(jī)膜的原料組成及配比，研究了養(yǎng)護(hù)溫度、n(H2O)/n(Na2O)對(duì)自支撐地質(zhì)聚合物無機(jī)膜微觀孔結(jié)構(gòu)及力學(xué)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(jī)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(hù)

4、溫度60℃，養(yǎng)護(hù)時(shí)間24 h。由此得到的自支撐地質(zhì)聚合物無機(jī)膜各性能參數(shù)為:水通量99.04 kg·m-2·h-1，抗壓強(qiáng)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(jī)膜處理重金屬廢水的研究結(jié)果表明:自支撐地質(zhì)聚合物無機(jī)膜中過量的堿度對(duì)酸性溶液有較強(qiáng)的緩沖能力，無機(jī)膜在溶液pH≥4的工作條件下適

5、宜對(duì)重金屬離子進(jìn)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(jī)膜對(duì)濃度低于500mg·L-1，pH=5的Ni2+去除率高達(dá)90.82％。增大無機(jī)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(qiáng)烈抑制自支撐地質(zhì)聚合物無機(jī)膜對(duì)Ni2+的吸附，競爭吸附能力大小順序?yàn)镻b2+＞ Cu2+＞ Ni2+。本文研究了自支撐地質(zhì)聚合物無機(jī)膜對(duì)重金屬廢水的吸附、凈化作用機(jī)理，即中和微

6、沉淀、絮凝截留作用，離子交換作用和多孔結(jié)構(gòu)物理吸附作用。
　　(3)自支撐偏高嶺土基地質(zhì)聚合物無機(jī)膜處理高濁度廢水的研究結(jié)果表明:以濁度、SS、糞大腸菌群作為水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，其各項(xiàng)去除率均達(dá)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(duì)氨氮、CODCr、 BOD5三項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)其去除率均低于70％，自支撐地質(zhì)聚合物無機(jī)膜水通量衰減約為初始水通量的22％。結(jié)果說明自支撐偏高嶺土基地質(zhì)聚合物無機(jī)膜對(duì)細(xì)