本文關鍵詞：石英砂濾料干法表面改性與除油性能研究

  更多相關文章： 石英砂濾料 潤濕性 親油親水比 干法表面改性 過濾 含油廢水

【摘要】：含油廢水是一類重要的難降解有機廢水,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,為親水性物質,對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,利用改性劑對粉體顆粒表面進行物理化學改性,能改善顆粒在其他物質中的分散性。本論文在前期濕法改性研究的基礎上,將改性劑溶液噴灑在改性設備中充分分散的干燥濾料顆粒表面,研究可用于基礎應用研究和工業(yè)應用的石英砂濾料干法表面改性工藝。采用單因素試驗法,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復合對0.45~0.90 mm的石英砂濾料進行干法表面改性,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)吸附實驗和動態(tài)過濾實驗,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系,為改性濾料用于廢水處理提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。(1)根據(jù)Laplace和Young方程中關于潤濕性的基本方程,以水和環(huán)己烷表征水相和油相,采用動態(tài)質量法測定水相和油相對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,并推導了動態(tài)質量法計算LHR的公式,0.45~0.90 mm天然石英砂濾料LHR為1.25。LHR(2)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1.2%,反應時間70 min,反應溫度60℃;DN101與KH550復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)劑質量配比1:2,反應時間50 min,反應溫度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%,反應時間50 min,反應溫度60℃。改性效果最佳的DN101、DN101與KH550復合、KH570干法表面改性石英砂濾料LHR分別為11.1、7.4、5.0。改性后水對石英砂濾料的潤濕質量明顯降低,環(huán)己烷對石英砂濾料的潤濕質量基本不變。(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Si O2形式組成,其表面存在以結合水形式存在的Si-OH;改性石英砂濾料表面均存在C、O、Si元素,DN101、DN101與KH550復合改性石英砂濾料表面存在Ti元素。偶聯(lián)劑與石英砂濾料表面羥基發(fā)生縮合反應,偶聯(lián)劑分子以化學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。(4)含油廢水靜態(tài)吸附實驗和動態(tài)過濾實驗結果表明,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關系。DN101干法表面改性石英砂濾料三項數(shù)值均為幾種石英砂濾料中最高,改性效果最佳。(5)靜態(tài)吸附實驗結果表明,石英砂濾料對15.6 mg·L~(-1)含油廢水吸附平衡時間約為270 min。吸附平衡時,天然石英砂濾料吸附容量為0.244 mg·g~(-1),DN101、DN101與KH550復合改性石英砂濾料的吸附容量達到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%。改性石英砂濾料對含油廢水的最大吸附容量與其油廢水濃度呈線性正相關。(6)動態(tài)過濾實驗結果表明,石英砂濾料層為90 cm,空床濾速為4 m·h~(-1),過濾17.3 mg·L~(-1)的含油廢水4 h時,未改性石英砂濾料除油效率約為72.6%,DN101、DN101與KH550復合和KH570改性石英砂濾料除油效率分別達到97.8%、82.6%和78.9%,較未改性時分別提高了34.7%、13.8%和8.7%。DN101干法表面改性石英砂過濾實驗結果表明,其除油效率和水頭損失與濾料層高度成正比關系,與過濾濾速和初始油濃度成反比關系。
【關鍵詞】：石英砂濾料 潤濕性 親油親水比 干法表面改性 過濾 含油廢水
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-21
• 1.1 課題的提出及研究意義12-14
• 1.1.1 課題的提出12
• 1.1.2 研究目的及意義12-13
• 1.1.3 研究內容及結構13-14
• 1.1.4 課題的來源和創(chuàng)新點14
• 1.2 含油廢水的處理方法14-19
• 1.2.1 含油廢水的來源14
• 1.2.2 含油廢水的分類及其危害14-16
• 1.2.3 含油廢水處理技術16-19
• 1.3 過濾理論及其發(fā)展19-21
• 1.3.1 過濾理論19-20
• 1.3.2 過濾技術及其發(fā)展20-21
• 2 濾料干法表面改性和偶聯(lián)劑的應用21-26
• 2.1 前言21
• 2.2 表面改性的研究21-23
• 2.2.1 表面改性方法21-22
• 2.2.2 表面改性劑22-23
• 2.2.3 表面改性工藝23
• 2.3 偶聯(lián)劑的應用23-26
• 2.3.1 硅烷偶聯(lián)劑23-24
• 2.3.2 鈦酸酯偶聯(lián)劑24-26
• 3 濾料表面潤濕性的測定26-33
• 3.1 前言26
• 3.2 潤濕性理論26-29
• 3.2.1 潤濕類型26-28
• 3.2.2 接觸角和Young-Laplace方程28-29
• 3.3 粉體接觸角的測定29-31
• 3.4 實驗方案的確定31-33
• 3.4.1 親油親水比31
• 3.4.2 實驗部分31-33
• 4 偶聯(lián)劑干法表面改性石英砂濾料的研究33-49
• 4.1 鈦酸酯偶聯(lián)劑DN101干法表面改性的研究33-37
• 4.1.1 改性機理33-34
• 4.1.2 實驗部分34-35
• 4.1.3 結果與討論35-37
• 4.2 鈦酸酯偶聯(lián)劑DN101、硅烷偶聯(lián)劑KH550復合干法改性的研究37-42
• 4.2.1 改性機理37-39
• 4.2.2 實驗部分39
• 4.2.3 結果與討論39-42
• 4.3 硅烷偶聯(lián)劑KH570干法表面改性的研究42-47
• 4.3.1 改性機理43-44
• 4.3.2 實驗部分44
• 4.3.3 結果與討論44-47
• 4.4 本章小結47-49
• 5 石英砂濾料表征49-57
• 5.1 前言49
• 5.2 實驗部分49
• 5.2.1 實驗材料與試劑49
• 5.2.2 實驗儀器49
• 5.3 實驗結果與討論49-56
• 5.3.1 掃描電子顯微鏡（SEM）49-51
• 5.3.2 X射線能量色散譜（EDS）51-52
• 5.3.3 多功能電子能譜（XPS）52-54
• 5.3.4 紅外光譜分析（FTIR）54-56
• 5.4 本章小結56-57
• 6 石英砂濾料除油實驗研究57-69
• 6.1 前言57
• 6.2 實驗部分57-60
• 6.2.1 實驗材料與試劑57
• 6.2.2 實驗儀器57
• 6.2.3 工作曲線的繪制57-58
• 6.2.4 含油廢水的配制58
• 6.2.5 靜態(tài)吸附試驗58
• 6.2.6 動態(tài)過濾實驗58-60
• 6.3 結果與討論60-68
• 6.3.1 工作曲線60-61
• 6.3.2 靜態(tài)吸附實驗61-64
• 6.3.3 動態(tài)過濾實驗64-68
• 6.4 本章小結68-69
• 結論與建議69-72
• 1 結論69-71
• 2 建議71-72
• 致謝72-73
• 參考文獻73-76
• 攻讀學位期間的研究成果76

【參考文獻】

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本文編號：921280