石英砂濾料表面改性及其過(guò)濾除油性能研究

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2、＾Ｍ＾．ｓ．獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加Ｗ標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含獲得蘭州交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。么學(xué)位論文作者簽名：為簽字日期：解／月日轉(zhuǎn)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解蘭州交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的

3、規(guī)定。特授權(quán)蘭州交通大學(xué)可Ｗ將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編Ｗ供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）＂簽學(xué)位論文作者簽名導(dǎo)師簽名：＂ｆ字日期：以／廠年月＾日簽字日期：巧月＞１＾日博士學(xué)位論文石英砂濾料表面改性及其過(guò)濾除油性能研究SurfaceModificationandPerformanceofQuartzSandFiltrationMed

4、iaforOilWastewaterFilter作者姓名：未碧貴學(xué)科、專業(yè)：環(huán)境工程研究方向：水污染控制學(xué)號(hào)：0109008指導(dǎo)教師：常青完成日期：2015年9月蘭州交通大學(xué)LanzhouJiaotongUniversity蘭州交通大學(xué)博士學(xué)位論文摘要含油廢水是一種量大面廣的工業(yè)廢水，其成分復(fù)雜，濃度范圍大，對(duì)環(huán)境有著各種不同的危害。過(guò)濾通常用于含油廢水二級(jí)處理或深度處理單元，對(duì)低濃度含油廢水有較好的處理效果。一般來(lái)講，若濾料的疏水性弱，則處理效果就差，反之，若疏水性強(qiáng)，則處理效果就好。石英砂濾料

5、是一種廉價(jià)易得、機(jī)械強(qiáng)度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的無(wú)機(jī)硬質(zhì)顆粒濾料，但是疏水性較弱，對(duì)油的去除效果還有較大的提升空間。因此，本文提出了利用鈦酸酯偶聯(lián)劑DN101、硅烷偶聯(lián)劑KH550和鋁酸酯偶聯(lián)劑DL411等改性劑對(duì)石英砂濾料進(jìn)行表面改性的新方法。由于偶聯(lián)劑具有親無(wú)機(jī)基團(tuán)和長(zhǎng)鏈有機(jī)基團(tuán)兩種不同性質(zhì)的官能團(tuán)，親無(wú)機(jī)官能團(tuán)能與石英砂濾料表面的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，可將長(zhǎng)鏈有機(jī)官能團(tuán)接枝到石英砂濾料表面，從而增加表面的疏水性，提高其除油效率。最終改性了幾種以處理含油廢水為目標(biāo)的疏水性濾料。利用DN101、KH550

6、和DL411分別對(duì)石英砂濾料濕法改性，制得疏水性濾料MQW-Ti、MQW-Si和MQW-Al，利用DN101對(duì)石英砂濾料干法改性，制得疏水性濾料MQD-Ti，利用DN101和KH550對(duì)石英砂濾料復(fù)合干法改性，制得疏水性濾料MQD-TiSi。以水對(duì)濾料的潤(rùn)濕接觸角為指標(biāo)，分別考察了不同改性劑和改性方法對(duì)濾料潤(rùn)濕性的影響，確定了MQW-Ti、MQW-Si、MQW-Al、MQD-Ti和MQD-TiSi五種疏水性濾料的最佳制備條件。結(jié)果表明，改性劑的用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)改性效果具有影響，其中，改性

7、劑的用量影響效果最大。改性后，水對(duì)濾料的接觸角未改性石英砂濾料（UQS）的40.1°分別上升到80.6°～89.0°，其疏水性顯著增強(qiáng)。利用掃描電鏡分析、紅外光譜分析、X射線光電子能譜分析以及比表面積分析，研究濾料改性前后的表面物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，從機(jī)理上研究濾料表面改性的物理化學(xué)過(guò)程。結(jié)果表明，改性后石英砂濾料的表面被偶聯(lián)劑均勻覆蓋，其中，濕法改性的表面更光滑，減小了濾料表面的粗糙度，干法改性的表面有大量的細(xì)微顆粒，增加了濾料表面的粗糙度。改性后濾料表面含有Si—O—Ti、Si—O—P、Si—O—Si

8、和Si—O—Al等化學(xué)鍵，為石英砂濾料表面羥基與偶聯(lián)劑縮合反應(yīng)形成的化學(xué)鍵，證明了偶聯(lián)劑以化學(xué)鍵的形式接枝到了濾料表面。偶聯(lián)劑有機(jī)官能團(tuán)與濾料表面的結(jié)合強(qiáng)度大，濾料的穩(wěn)定性較好。經(jīng)過(guò)表面改性，濾料表面被引入C—H和C—C等有機(jī)官能團(tuán)，Si元素含量降低，C和O元素含量增加。研究了濾料的潤(rùn)濕性。理論上，利用靜態(tài)重量法測(cè)定濾料表面的潤(rùn)濕性，可以消除濾料填充床有效水力粒徑rd對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。在粒徑為0.6mm，接觸角為50°時(shí)，液體的理論平衡時(shí)間為130s，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致，實(shí)驗(yàn)方法可行，