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含油废水是一种来源广泛的废水，其中的乳化油废水较难处理，其处理技术是目前的研究热点。在油水分离过程中，水处理材料的表面性能对处理效果影响很大，而乳化油体系的稳定性主要受界面膜强度和油滴表面电荷的影响，Zeta电位和粒径分布变化可以反映其稳定性。
本论文系统地研究了影响乳化油体系稳定性的各种因素，采用季铵盐类阳离子表面活性剂对聚苯乙烯树脂进行改性，降低其表面电性并改善其表面的亲水亲油性能，深入探讨了这种改性材料的破乳机理，并研究了改性树脂填料柱处理乳化油废水的运行条件。
主要研究内容和结果如下：
1．通过对各种影响乳化液稳定性因素的比较研究，从微观角度探讨了乳化液稳定的决定条件。不同的乳化剂浓度、搅拌速度和时间、油相种类及pH值，会影响到乳化液体系的Zeta电位与粒径分布，进而影响到乳化液的稳定性。在实验所研究的范围内，乳化剂浓度越高，搅拌速度越大，搅拌时间越长，所制备出的乳化液的Zeta电位越高，如，SDBS浓度为0.05％、pH为7，在4000r/min的转速下，搅拌5min，配制的柴油和正辛烷乳化液的Zeta电位均为-55mv左右，性质非常稳定，静置24h内浊度变化率小于10％。Zeta电位是影响乳化液体系稳定性的重要因素。可以通过向水中添加电解质和调节pH值等方法来影响乳化油废水的稳定性。电解质种类不同，对稳定性影响的程度也不同。具有吸附、架桥和压缩双电层功能的阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的破乳效果最佳。
2．筛选不同构型季铵盐对聚苯乙烯树脂进行改性。探讨了季铵盐种类、树脂类型、反应介质及温度对改性反应的影响，并研究了不同构型季铵盐同离子交换树脂间的反应动力学和热力学。结果表明，反应介质和反应温度对三种季铵盐的接枝效率有显著影响。四丁基溴化铵(TBAB)、十六烷基溴化毗啶(CPB)和CTAB在去离子水、乙醇和异丙醇中的接枝效率均随温度发生变化：在温度较低时，三种季铵盐在乙醇和异丙醇这类有机溶剂中的接枝效率比较高；当温度高于Krafft点后，三种季铵盐在水中的接枝效率大幅提高，如在温度为60℃，反应6h后，TBAB、CPB和CTAB同JK006树脂的接枝效率分别为93.5％、77.0％和94.2％。
3．反应动力学研究发现，三种季铵盐的交换反应速率常数k均随温度的升高而增加，即升高温度可加快改性反应的速度；而TBAB、CTAB和CPB改性树脂的活化能分别为19.98、32.18和59.75 KJ/mol，从反应活化能Ea的大小可以判断出TBAB在三种季铵盐中最容易和树脂发生接枝反应，这与它的烷基长度有关。热力学研究结果表明，三种季铵盐的选择性系数Ke都随温度的升高而增加，此外三种季铵盐与树脂反应的
ΔHom、ΔSom和ΔGom均大于零，表明它们与树脂之间的反应是不可自发的、吸热的、熵增加的反应，温度升高有利于反应进行。 4.通过红外谱图、热失重研究及润湿压差的测量，表征了树脂改性前后的物理、化学性质变化，探讨了季铵盐类型对树脂表面性能的影响。发现树脂经过TBAB、CPB和CTAB三种季铵盐改性后，吸水量减少、失水速度加快而且表面的润湿性能发生变化，亲水性下降而亲油性提高；不同构型季铵盐对树脂润湿性能的影响有所不同，具有长链烷基的CPB和CTAB明显比具有短链烷基的TBAB对树脂的亲水亲油性能影响要显著。树脂颗粒在水中的润湿性顺序为R-H＞R-TBAB＞R-CTAB＞R-CPB，在正己烷中的润湿性顺序为R-CPB＞R-CTAB＞R-TBAB＞R-H。对树脂进行界面电性研究的结果表明，树脂颗粒在水溶液中均带负电；与未改性树脂R—H相比，三种季铵盐改性树脂在相同的pH值条件下，Zeta电位绝对值减小，说明改性后的树脂表面负电位降低，比改性前具有更多的正电荷，这对于吸附去除带负电荷的油滴具有重要意义。
5.使用树脂作为填料处理乳化油废水，发现经过改性后的树脂其油去除率及浊度去除率比未改性树脂的高；而三种改性树脂中，R—CTAB树脂的处理效果最好，这主要因为CTAB的长链亲油基构型及更低的表面负电位更适宜吸附水中的微小油滴。此外，对比了R—CTAB与活性炭(GAC)、聚丙烯颗粒(PP)及陶土颗粒(CF)的乳化油去除效果，探索了不同的除油机理。研究发现CF和GAC主要是通过微孔吸附作用除油，当表面孔径被阻塞后，除油效果大幅下降，比较合适处理低浓度乳化油废水；PP为表面无任何功能基团的粗粒化材料，受进水浓度和流速的影响很大；相对来说，R-CTAB拥有较为稳定而理想的处理效果。通过测量出水的Zeta电位及粒径分布，从微观角度分析了R—CTAB的破乳机理。接枝到树脂上的CTAB为油滴聚结提供有利条件，并能有效地降低乳化油的Zeta电位加速油滴粒径变化，有利于油滴的聚合，因此能够更加有效地破乳。使用R-CTAB与GAC的组合工艺，可以充分发挥两种填料的除油效果。
6.对影响R-CTAB填料柱除油效果的水质条件及运行参数进行研究，并考察了改性树脂的清洗。在实验研究的范围内，发现填料床层高度越高、流速越低，油去除率越高；通过液空速计算发现，填料柱在液空速低于2.4 l/h的条件下运行，除油效果比较稳定，油去除率均在80％以上；超过此液空速后，油去除率会迅速降低，说明油滴在填料柱内的停留时间对处理效果的影响很显著。不同的水质条件也会对处理效果产生影响。实验表明，进水油浓度增加，单位体积内的油滴数量增加，有利于油滴的粗粒化和团聚过程，油去除率上升：提高温度可以加大油水之间的密度差并降低水和油的粘度，有利于油水分离；进水的pH值对乳化油的稳定性有很大影响，酸性和碱性条件下运行的初期，油去除率都比中性进水时去除率要高；但酸性条件会造成设备腐蚀而碱性条件下柴油中某些组分会发生与碱皂化反应。从长期运行的角度考虑，改性树脂填料柱比较适合在30～50℃的中性条件下工作。此外，由于R-CTAB改性树脂的亲水亲油能力比较平衡，因此比较耐污染，油污树脂的清洗结果证明，清水、食盐水、氢氧化钠溶液和SDBS溶液对树脂的洗净率都大于50％；使用SDBS溶液清洗的树脂再处理效果比较稳定，平均油去除率为80.3％，接近清洁树脂的处理效果。