石英砂滤料表面改性及其过滤除油性能研究

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2、＾Ｍ＾．ｓ．独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含获得兰州交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。么学位论文作者签名：為签字日期：解／月日轉学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解兰州交通大学有关保留、使用学位论文的

3、规定。特授权兰州交通大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）＂签学位论文作者签名导师签名：＂ｆ字日期：以／厂年月＾日签字日期：巧月＞１＾日博士学位论文石英砂滤料表面改性及其过滤除油性能研究SurfaceModificationandPerformanceofQuartzSandFiltrationMed

4、iaforOilWastewaterFilter作者姓名：未碧贵学科、专业：环境工程研究方向：水污染控制学号：0109008指导教师：常青完成日期：2015年9月兰州交通大学LanzhouJiaotongUniversity兰州交通大学博士学位论文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理或深度处理单元，对低浓度含油废水有较好的处理效果。一般来讲，若滤料的疏水性弱，则处理效果就差，反之，若疏水性强，则处理效果就好。石英砂滤料

5、是一种廉价易得、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。因此，本文提出了利用钛酸酯偶联剂DN101、硅烷偶联剂KH550和铝酸酯偶联剂DL411等改性剂对石英砂滤料进行表面改性的新方法。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滤料表面的羟基发生缩合反应，可将长链有机官能团接枝到石英砂滤料表面，从而增加表面的疏水性，提高其除油效率。最终改性了几种以处理含油废水为目标的疏水性滤料。利用DN101、KH550

6、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，利用DN101对石英砂滤料干法改性，制得疏水性滤料MQD-Ti，利用DN101和KH550对石英砂滤料复合干法改性，制得疏水性滤料MQD-TiSi。以水对滤料的润湿接触角为指标，分别考察了不同改性剂和改性方法对滤料润湿性的影响，确定了MQW-Ti、MQW-Si、MQW-Al、MQD-Ti和MQD-TiSi五种疏水性滤料的最佳制备条件。结果表明，改性剂的用量、反应温度和反应时间对改性效果具有影响，其中，改性

7、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滤料（UQS）的40.1°分别上升到80.6°～89.0°，其疏水性显著增强。利用扫描电镜分析、红外光谱分析、X射线光电子能谱分析以及比表面积分析，研究滤料改性前后的表面物理化学结构，从机理上研究滤料表面改性的物理化学过程。结果表明，改性后石英砂滤料的表面被偶联剂均匀覆盖，其中，湿法改性的表面更光滑，减小了滤料表面的粗糙度，干法改性的表面有大量的细微颗粒，增加了滤料表面的粗糙度。改性后滤料表面含有Si—O—Ti、Si—O—P、Si—O—Si

8、和Si—O—Al等化学键，为石英砂滤料表面羟基与偶联剂缩合反应形成的化学键，证明了偶联剂以化学键的形式接枝到了滤料表面。偶联剂有机官能团与滤料表面的结合强度大，滤料的稳定性较好。经过表面改性，滤料表面被引入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。研究了滤料的润湿性。理论上，利用静态重量法测定滤料表面的润湿性，可以消除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，液体的理论平衡时间为130s，与实验数据一致，实验方法可行，