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铁铝钛复合改性石英砂滤料制备工艺优化与吸附特性研究

铁铝钛复合改性石英砂滤料制备工艺优化与吸附特性研究

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作者：李国浩广东工业大学

学位级别：硕士

微污染物难以通过常规水处理工艺去除。过滤是常规工艺的最后一道屏障。滤料表面的吸附截留性能是影响出水水质的重要因素之一。本课题通过使用FeCl3、AlCl3和TiCl4的乙醇溶液作为改性剂,对最常用的滤料普通石英砂(Raw quartz sand,RQS... 详细信息

微污染物难以通过常规水处理工艺去除。过滤是常规工艺的最后一道屏障。滤料表面的吸附截留性能是影响出水水质的重要因素之一。本课题通过使用FeCl3、AlCl3和TiCl4的乙醇溶液作为改性剂,对最常用的滤料普通石英砂(Raw quartz sand,RQS)表面进行改性,以表面金属总负载量、改性剂附着率以及腐植酸去除率为评价指标,通过正交试验与连续性试验等方法,制备了铁铝钛复合改性石英砂(Metallic oxide composite modified quartz sand, MCMS),以提高其对微污染物的吸附截留效果。试验结果如下：(1)铁铝钛复合改性石英砂的制备工艺流程为：首先,改性剂FeC13溶液对RQS进行第一次改性,在RQS表面形成氧化铁晶体层。然后,以A1C13溶液和TiCl4乙醇溶液按一定比例混合形成复合改性剂,对氧化铁晶体层进行第二次改性,制备出铁铝钛复合改性石英砂。(2)结合SEM照片与XRD能谱分析,得到MCMS的最佳制备工艺条件为：改性剂FeCl3溶液、A1C13溶液和TiCl4乙醇溶液与RQS的投加比C1、C2和C3分别是0.16mL·g·-1RQS、0 10·g-1RQS以及0.03mL·g-1RQS;煅烧温度与煅烧时间分别是T=240℃,t=2h。最佳制备条件下,MCMS表面金属总负载量为934μg/g,改性剂附着率达到97.04%。MCMS对腐植酸的去除率高达98.67%.(3)SEM电镜扫描结果表明,MCMS的表面晶体呈瘤球状,金属晶体均匀覆盖于载体滤料表面,稳定性强,比表面积大。EDS能谱分析结果显示,MCMS表面氧化物组成可能是Fe2O3、TiO2、A12O3、SiO2 和 FeO(OH)或AlO(OH)。MCMS比表面积SBET,分别是IOCS与RQS对应值的3.38倍和39.10倍。MCMS表面金属氧化物X射线衍射仪物相鉴定结果显示,表面氧化物组合为α-Fe203,A10(OH)和AnataseTi02,该组合能在水环境中产生大量羟基,是IOCS对腐植酸去除率的1.5倍。(4) MCMS对腐植酸的平均吸附率达到91.56%,当原水腐植酸浓度为11.29mg/L时,MCMS的去除率达到97.25%。对MCMS的吸附过程使用Langmuir和Freundlich两种吸附曲线拟合,R2值均大于0.9,但前者对应的R2值相对较大。MCMS对微污染物的吸附过程同时存在物理的和化学的吸附作用,但以化学吸附作用为主。

关键词：金属氧化物改性剂复合改性石英砂制备工艺条件优化吸附特征静态吸附效果

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