磁性氧化石墨的制备及其处理乳化含油废水的研究

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乳化含油废水由于成分复杂,处理难度大成为了工业废水处理领域的一大难题。目前已实际应用的乳化含油废水处理工艺需要多种技术联合使用,工艺流程复杂且处理成本高。采用磁性材料处理乳化含油废水成为一个新的研究方向,但现有的磁性材料难以解决制备耗时耗力,批量生产难度大的问题。针对这些实际问题,本文就新型磁性材料的制备及其处理乳化含油废水展开研究。
  本研究将高铁酸钾作为氧化剂,以硫酸为反应体系来改进Hummers法并制备磁性氧化石墨,通过实验探究了磁性氧化石墨的最佳制备条件;运用红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、表面接触角和氮气吸附-脱附等对磁性氧化石墨进行表征;研究了磁性氧化石墨处理乳化含油废水的影响因素、机理与磁致增强效应;采用高温和溶剂萃取对使用后的磁性氧化石墨进行处理,分析其循环再生使用性能。主要研究工作与结果如下:
  (1)研究了高铁酸钾、双氧水和去离子水投加量以及热处理温度对制得的磁性氧化石墨处理乳化含油废水效果的影响。从中得到在固定2g石墨,50mL浓硫酸情况下磁性氧化石墨的最佳制备条件:高铁酸钾的投加量为6g,去离子水的投加量为45mL,不投加过氧化氢,氧化后热处理温度为400℃。
  (2)根据红外光谱(FTIR)、表面接触角、扫描电镜(SEM)和氮气吸附-脱附等测试结果可知:相较于石墨,磁性氧化石墨的表面出现褶皱,负载有Fe3O4颗粒,片层边缘有卷曲结构,引入了C-O-C、C-OH等含氧官能团,形成了发达的疏水性微观孔隙结构,比表面积更大。
  (3)磁性氧化石墨处理乳化含油废水的研究表明,磁性氧化石墨对乳化含油废水具有良好的处理能力。在实验废水浓度下,磁性氧化石墨的最适投加量为0.7~0.8g/L,中性与弱碱性条件更有利于乳化含油废水的处理,投加无机盐,升高温度,增大外加磁场的强度均有助于提高磁性氧化石墨对乳化含油废水的COD去除率,COD去除率可达95%以上。
  (4)磁性氧化石墨处理乳化含油废水的机理为:带负电荷的油滴与带正电荷的Fe3O4相结合并附着于磁性氧化石墨的表面与孔隙间,由于磁场使得二者的结合体团聚形成宏观疏水性孔隙结构;静电引力,油滴之间的互相碰撞,水流作用和疏水结合力致使油-水界面膜易于破裂,油滴互相结合后被进一步吸附在疏水性磁性氧化石墨聚集体的表面与孔隙中,实现油的去除。
  (5)使用后的磁性氧化石墨可以通过有机溶剂萃取的方式再生并恢复处理乳化含油废水的能力。在选取的3种有机溶剂中,CCl4萃取相较于丙酮和DMF萃取再生的效果更佳,经过4次CCl4萃取再生后磁性氧化石墨的再生率为86%。热处理同样是一种有效的再生手段,经过4次高温处理再生后磁性氧化石墨的再生率达92%。
  综上,由高铁酸钾为氧化剂制备的磁性氧化石墨是一种具有乳化含油废水处理能力的新型材料,制备过程简便,结构性质特殊,油水分离效率高,可重复循环使用,具备实际应用的潜力。
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