Fe3O4的改性及其在污水处理中的应用

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongshouwang123
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磁分离作为一种物理分离方法,因其结构简单、处理快速、投资小、磁性种子可重复使用的特点而受到众多关注。我国在磁分离处理污水方面的研究基本集中于在永久磁铁、常规电磁铁磁场下利用磁性铁氧化物带动污染物沉降。国外如日本大阪大学等研究单位设计出的超导高梯度磁分离样机(HGMS)在处理磁性浆料,进行有用物料的回收利用、水体中悬浮微小植物的分离等方面做了较多工作。磁分离中,影响分离效率的重要因素有磁感应强度、磁性种子的吸附带动能力、吸附平衡时间,乃至污水体系粘度、类别、药剂的使用、分离装置结构等等均有影响。   本论文立足于磁种材料的制备,分别研究了Fe3O4/活性炭复合磁种、活性炭、絮凝剂(聚丙烯酰胺PAM、聚合氯化铝PAC)等方法以及它们的组合对印染厂污水、PVC母液污水的处理效果,Fe3O4/PAM磁粉及絮凝剂对石油采出污水、焦化污水的处理结果。主要内容及得到的结论如下:   1.用化学沉淀法制备了Fe3O4/活性炭复合磁种材料。测试其对印染污水等的吸附效果(主要表征化学需氧量,色度),将它与活性炭进行比较。按活性炭颗粒尺寸不同,分别制备了粉末状活性炭、颗粒状活性炭改性的Fe3O4,并对其吸附能力(降低COD、色度)做简要比较。结果表明,Fe3O4/粉末状活性炭的吸附效果好于颗粒状活性炭改性的磁种材料。复合磁种材料与活性炭的吸附能力相当,说明复合磁种材料具备磁性的同时也拥有相当的可吸附性。   2.将Fe3O4/活性炭复合磁种、活性炭、絮凝剂(聚丙烯酰胺、聚合氯化铝)用于以上污水的处理,处理后的污水水质同样用化学需氧量(COD)、色度进行表征。结果发现,处理印染厂污水、PVC母液污水时,复合磁种和活性炭明显优于絮凝剂。对于去除印染污水COD的能力,Fe3O4/活性炭粉末复合磁种强于Fe3O4/活性炭颗粒复合磁种,这与处理PVC污水时得到的结果相反。论文中各类磁种去除污染物的机理主要包括氢键、范德瓦尔斯力、疏水相互作用、架桥作用、网捕作用等。   3.机械研磨法制备了Fe3O4/聚丙烯酰胺(PAM)磁性粉末,研究其对中石油某油田采出水和焦化厂污水的处理效果,用COD和浊度对处理结果进行了表征。石油采出污水处理后色度降到5以下,COD最佳降至110mg/L。在外加磁场下可明显地观察到絮体被加速沉降,且磁粉中Fe3O4质量分数高有利于絮体在磁场下被加速沉降,Fe3O4质量分数低则导致污水中残留少量絮体。对磁粉和几种絮凝剂配搭使用处理焦化污水的结果进行了讨论,Fe3O4/PAM+磁粉/PAC组合和Fe3O4/PAM+磁粉/聚合硫酸铝组合是降低COD的可行办法。另外使用球磨法合成了Fe3O4/活性炭复合磁种材料,将它与沉淀法合成Fe3O4/活性炭磁种的吸附能力(降低污水色度)进行了简要比较,发现沉淀法优于球磨法。这与球磨时造成活性炭孔含量及比表面积减少有关。   4.文中针对5种污水的不同特点,通过实验得出了最佳处理方案。例如,处理印染厂污水(浓,稀)最优方案分别是:使用Fe3O4/粉状活性炭复合磁种,使用浓度8g·L-1(以磁种中有效活性炭含量表示,下同),处理后水质COD为503mg·L-1(下降幅度44%),色度小于3;使用Fe3O4/颗粒活性炭磁种,使用浓度4 g·L-1,处理后水质COD为38 mg·L-1(下降幅度71%),色度小于3。处理油田采出污水最优方案是,使用Fe3O4PAM+磁粉,使用浓度50mg·L-1(以PAM+浓度表示),处理后水质COD为140 mg·L-1(降低幅度78%),色度为45。   本论文还进行了等离子体聚合吡咯改性氮化铝填充环氧树脂的一些工作,旨在提高环氧树脂的导热性及强度,使其符合环氧树脂应用于电子灌封材料、超导绝缘结构中的一些特殊要求。   利用等离子体聚合吡咯改性氮化铝粉体,红外及接触角实验表明,氮化铝表面被镀上一层极性强、亲水性好的聚吡咯薄膜。将粉末掺入双酚F环氧树脂(3%wt),用真空灌注工艺制备复合材料。测试样品在常温和低温下(77K)的弯曲强度及部分热导率数据。结果表明,氮化铝改性后,复合材料弯曲强度提升32%,热导率为0.66W·m-1K-1,提升幅度达1倍。
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