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石英砂滤料外表改性及其过滤除油性能研讨
作者: 发布日期:2018-11-19
摘要:含油废水是一种量大面广的工业废水,其成分复杂,浓度范围大,对环境有着各种不同的危害。过滤通常用于含油废水二级处置或深度处置单元,对低浓度含油废水有较好的处置效果。普通来讲,若滤料的疏水性弱,则处置效果就差,反之,若疏水性强,则处置效果就好。石英砂滤料是一种低价易得、机械强度大、化学性质稳定的无机硬质颗粒滤料,但是疏水性较弱,对油的去除效果还有较大的提升空间。因而,本文提出了应用钛酸酯偶联剂DN101、硅烷偶联剂KH550和铝酸酯偶联剂DL411等改性剂对石英砂停止外表改性的新办法。由于偶联剂具有亲无机基团和长链有机基团两种不同性质的官能团,亲无机官能团能与石英砂外表的羟基发作缩合反响,可将长链有机官能团接枝到石英砂外表,从而增加外表的疏水性,进步其除油效率。最终改性了几种以处置含油废水为目的的疏水性滤料。
应用DN101、KH550和DL411分别对石英砂滤料湿法改性,制得疏水性滤料MQW-Ti、MQW-Si和MQW-Al,应用DN101对石英砂干法改性,制得疏水性滤料MQD-Ti,应用DN101和KH550对石英砂复合干法改性,制得疏水性滤料MQD-Ti Si。以水对滤料的润湿接触角为指标,分别调查了不同改性剂和改性办法对滤料润湿性的影响,肯定了MQW-Ti、MQW-Si、MQW-Al、MQD-Ti和MQD-Ti Si五种疏水性滤料的最佳制备条件。结果标明,改性剂的用量、反响温度和反响时间对改性效果具有影响,其中,改性剂的用量影响效果最大。改性后,水对滤料的接触角未改性石英砂(UQS)的40.1°分别上升到80.6°~89.0°,其疏水性显著加强。应用扫描电镜剖析、红外光谱剖析、X射线光电子能谱剖析以及比外表积剖析,研讨滤料改性前后的外表物理化学构造,从机理上研讨滤料外表改性的物理化学过程。结果标明,改性后石英砂的外表被偶联剂平均掩盖,其中,湿法改性的外表更润滑,减小了滤料外表的粗糙度,干法改性的外表有大量的细微颗粒,增加了滤料外表的粗糙度。改性后滤料外表含有Si—O—Ti、Si—O—P、Si—O—Si和Si—O—Al等化学键,为石英砂外表羟基与偶联剂缩合反响构成的化学键,证明了偶联剂以化学键的方式接枝到了滤料外表。偶联剂有机官能团与滤料外表的分离强度大,滤料的稳定性较好。经过外表改性,滤料外表被引入C—H和C—C等有机官能团,Si元素含量降低,C和O元素含量增加。研讨了滤料的润湿性。理论上,应用静态重量法测定滤料外表的润湿性,能够消弭滤料填充床有效水力粒径rd对测定结果的影响。在粒径为0.6mm,接触角为50°时,液体的理论均衡时间为130s,与实验数据分歧,实验办法可行,数据牢靠。环己烷对6种滤料均为圆满润湿液,润湿接触角等于0;水对滤料的润湿接触角均大于0,在此根底之上,推导了水对滤料外表润湿接触角的理论计算公式,并用于石英砂的外表润湿性研讨:滤料外表的官能团决议了滤料外表的润湿性。6种滤料的水的接触角大小为:MQW-Ti>MQW-Si>MQD-Ti>MQD-Ti Si>MQW-Al>UQS。MQW-Ti和MQD-Ti外表接枝了非极性基团长链烷基—C17H35和—C8H17,减小了滤料外表的Si含量,外表自在能的极性成分减小,增大了水的接触角。MQW-Si接枝的—NH2(CH2)3有机基团非极性弱于长链烷基,其水的接触角小于MQW-Ti。MQW-Al外表接枝了有机基团—OCOR’,降低了石英砂滤料外表自在能的极性成分,增大了水的润湿接触角,但是其改性效果不如DN101和KH550好,应该与DL411的—OCOR’有机基团有关。与湿法改性相比,干法改性接枝在滤料外表的偶联剂量少,对应的水的润湿接触角小。采用1stopt软件停止曲线拟合,预算了滤料外表自在能,曲线拟合法的R2均大于0.99,拟合水平高,实验办法可行,计算数据牢靠。UQS的外表自在能最高,其极性成分为53.0 m J/m2,其中,非极性成分为31.0 m J/m2,极性成分为22.0 m J/m2。改性后滤料的的外表自在能减小,其大小次第与水的接触角分歧。MQW-Ti、MQW-Si、MQW-Al、MQD-Ti、MQD-Ti Si的外表自在能极性及非极性成分分别为:2.4 m J/m2、2.9 m J/m2、4.2 m J/m2、3.4 m J/m2、3.9 m J/m2和28.9 m J/m2、29.0 m J/m2、32.3 m J/m2、29.7 m J/m2、30.9 m J/m2。实验室模仿了含油废水的过滤和反冲洗过程。依据修正后的轨迹模型,含油废水过滤过程油珠粒径在1.3μm左右的接触效率最低,粒径增大或减小都有利于油珠颗粒与滤料外表的接触。在含油废水油珠粒径相同时,滤料改性前后单一搜集器的接触效率不变,但MQW-Ti、MQW-Si、MQW-Al、MQD-Ti和MQD-Ti Si的附着效率较UQS的0.48增加到了0.94、0.89、0.55、0.86和0.57。滤床深度越大,或者滤速越低,含油废水的过滤效率越高。依据扩展DLVO理论,在黏附油珠位于第二极小势能处,滤料外表自在能的酸性成分和碱性成分越小,或者水的接触角越大,(负值)的绝对值越大,其关系式为:分离脱附理论、扩展的DLVO理论和v OCG理论,水的接触角、滤速和脱附的油珠最小粒径三者的半经历公式为:在流速4m/h时,UQS、MQW-Ti、MQW-Si、MQW-Al、MQD-Ti和MQD-Ti Si滤床零落的油珠最小粒径分别为0.82μm、1.31μm、1.29μm、1.24μm、1.27μm和1.26μm,阐明改性后黏附的油珠更不容易零落,从而增大了油的去除效率。在反冲洗强度为26.9 L/(s·m2)时,UQS的反冲洗效率最高,到达87.6%,其次是MQD-Ti Si,为82.8%,效率最低的是MQD-Ti,为78.4%。由于水流剪切作用招致黏附在滤料外表的油珠颗粒发作滚动,在反冲洗时UQS、MQD-Ti和MQD-Ti Si脱附油珠的最小粒径分别为0.248μm、0.385μm和0.381μm。关于含油废水而言,粒径小于0.4μm的油珠颗粒很少,因而,理论上,滤料外表自在能减少后对反冲洗效率的影响较小,而对过滤效率的进步较大。

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