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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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。
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