本文關(guān)鍵詞：石英砂濾料干法表面改性與除油性能研究

  更多相關(guān)文章： 石英砂濾料 潤(rùn)濕性 親油親水比 干法表面改性 過(guò)濾 含油廢水

【摘要】：含油廢水是一類(lèi)重要的難降解有機(jī)廢水,其來(lái)源廣泛。過(guò)濾法是一種常用的含油廢水處理方法,水處理濾料表面潤(rùn)濕性對(duì)含油廢水過(guò)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(jiàn)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(guò)含油廢水的靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)過(guò)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(guān)于潤(rùn)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(rùn)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(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(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(rùn)濕質(zhì)量明顯降低,環(huán)己烷對(duì)石英砂濾料的潤(rùn)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Si O2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。(4)含油廢水靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)和動(dòng)態(tài)過(guò)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(guò)濾除油效率均得到提高,吸附容量增長(zhǎng)幅度大于過(guò)濾除油效率增長(zhǎng)幅度,且LHR值、吸附容量和過(guò)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。(5)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)。(6)動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,石英砂濾料層為90 cm,空床濾速為4 m·h~(-1),過(guò)濾17.3 mg·L~(-1)的含油廢水4 h時(shí),未改性石英砂濾料除油效率約為72.6%,DN101、DN101與KH550復(fù)合和KH570改性石英砂濾料除油效率分別達(dá)到97.8%、82.6%和78.9%,較未改性時(shí)分別提高了34.7%、13.8%和8.7%。DN101干法表面改性石英砂過(guò)濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,其除油效率和水頭損失與濾料層高度成正比關(guān)系,與過(guò)濾濾速和初始油濃度成反比關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：石英砂濾料 潤(rùn)濕性 親油親水比 干法表面改性 過(guò)濾 含油廢水
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：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?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)13-14
• 1.1.4 課題的來(lái)源和創(chuàng)新點(diǎn)14
• 1.2 含油廢水的處理方法14-19
• 1.2.1 含油廢水的來(lái)源14
• 1.2.2 含油廢水的分類(lèi)及其危害14-16
• 1.2.3 含油廢水處理技術(shù)16-19
• 1.3 過(guò)濾理論及其發(fā)展19-21
• 1.3.1 過(guò)濾理論19-20
• 1.3.2 過(guò)濾技術(shù)及其發(fā)展20-21
• 2 濾料干法表面改性和偶聯(lián)劑的應(yīng)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(yīng)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(rùn)濕性的測(cè)定26-33
• 3.1 前言26
• 3.2 潤(rùn)濕性理論26-29
• 3.2.1 潤(rùn)濕類(lèi)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(cè)定29-31
• 3.4 實(shí)驗(yàn)方案的確定31-33
• 3.4.1 親油親水比31
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)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(jī)理33-34
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)部分34-35
• 4.1.3 結(jié)果與討論35-37
• 4.2 鈦酸酯偶聯(lián)劑DN101、硅烷偶聯(lián)劑KH550復(fù)合干法改性的研究37-42
• 4.2.1 改性機(jī)理37-39
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)部分39
• 4.2.3 結(jié)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(jī)理43-44
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)部分44
• 4.3.3 結(jié)果與討論44-47
• 4.4 本章小結(jié)47-49
• 5 石英砂濾料表征49-57
• 5.1 前言49
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分49
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑49
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器49
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)56-57
• 6 石英砂濾料除油實(shí)驗(yàn)研究57-69
• 6.1 前言57
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分57-60
• 6.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑57
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)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(yàn)58
• 6.2.6 動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)58-60
• 6.3 結(jié)果與討論60-68
• 6.3.1 工作曲線60-61
• 6.3.2 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)61-64
• 6.3.3 動(dòng)態(tài)過(guò)濾實(shí)驗(yàn)64-68
• 6.4 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論與建議69-72
• 1 結(jié)論69-71
• 2 建議71-72
• 致謝72-73
• 參考文獻(xiàn)73-76
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：921280