改性滤料的结构材料一般是由载体材料和改性剂两部分组成,分述如下
(1)改性滤料的数体材料改性滤料载体材料的种类很多,对于载体材料的选择,现今应用*多的还是硅酸盐类矿物,如石英砂在水处理领域应用历史*长,使用*广泛,因此将石英砂作为改性滤料研制中的载体材料较为普遍,其他可作为改性滤料载体材料的硅酸盐类矿物还有天然沸石、海泡石,凹凸棒石、橄榄石、陶粒、珍珠岩、用石灰石、蒙脱土、硅藻土等。另外,烟煤、褐煤、纤维球、聚乙烯和玻璃珠等也可作为改性滤料的载体材料
①石英砂,石英砂的物理化学性能符合建设部标准(C24.1-88),其化学成分主要是SO,占到90%以上。SO2是原子晶体,其晶格点上排列着原子,原子之间由共价键联系着,这种作用力特别强,比分子间力强得多,一股具有很高的熔点(1610℃)且很坚硬石英砂是一种比较稳定的硅酸盐矿物,石英砂颗粒的外形特征和一些由机械作用所形成的坑穴为其表面提供了许多表面吸附位,同时提供了可与吸附剂更好结合的表面性能。应用中为了恢复其表面性能而对石英砂进行表面性质的还原十分重要,实际操作中,石英砂原矿般会经过水选,分级、酸浸等工序来去除其表面的薄膜铁、黏结及泥性杂质矿物、弱磁性杂质矿物以便恢复矿物表面性质。许多研究表明,石英砂对金属离子的吸附反应可以用表面配位模式进行拟合,随着矿物表面离子吸附覆盖率的改变,金属离子的结合形态将会发生相应的变化,并因矿物表面和水溶液性质不同而异,可能会以单核吸附、多核吸附或表面沉淀等形式出现阐述硅酸盐矿物表面特性的理论并不成熟,近年来产生的分形理论也是从对多孔填料的表面粗糙度和微孔结构进行研究来探讨多孔填料微观特征的方法。实际应用中由于理论的不成熟,只能通过试验的方法来确定水处理材料的性能。石英砂优越的表面结构和与改性剂较强的化学固着力成就了它作为改性滤料载体材料的广泛应用。
②天然沸石天然沸石是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物,具有多孔性筛分性、离子交换性、耐酸性以及对水优越的吸附性能等经过预处理的天然沸石,由于其庞大的表面积、晶体结构的特殊形状使它对水中的氟离子具有较高的选择交换性能,沸石经过一定的工艺处理还可以成为性能更强,吸附更加专的分子筛。沸石规整的孔道结构和空间是其他硅酸盐类矿物所无法比拟的,沸石经金属氧化物活化或盐浸渍交换后的处理效果有目共睹,在水处理中作为改性滤料载体材料的可选性非常大。
③海泡石,海泡石作为载体材料的应用也很广泛,海泡石是一种纤维形态的多孔性镁质硅酸盐,具有极大的潜在比表面积,由两层砝氧四面体片之间夹一层金属阳离子组成八面体片构成。这种独特的结构形式使它具有开阔的层间孔道和较大的比表面积,具有吸附离子海泡石除了含有大量的Mg2+之外,在其键间的孔道还分布有少量的K+、Ca2和Na和有机物的能力,等阳离子,其断键产生的负电荷也可以吸附阳离子,所以海泡石又具有离子交换的性能,在实际应用中,经过活化后的海泡石在适当的温度条件下交换效果更加突出。
④凹凸棒石。凹凸棒石是新开发的一种含水富镁硅酸盐晶体矿物。它具有独特的层链状晶体结构和十分细小的晶体形态,在很多方面表现出非常优异的吸附性能,甚至可以达到分子筛的效果。栾兆坤等人做的改性凹凸棒石氧化膜除氟的试验证明,凹凸棒石在强度和表面吸附位等各方面的性能都非常优越。
其他硅酸盐矿物的应用如蒙脱石、珍珠岩、一水软铝石、蛇纹石等也有所发展。它们的结构特性使分子间作用力加强而易于吸附其他物质,发挥协同处理效果。通过研究矿物表面基团和表面作用机理可以比较深入地探讨物质间的反应过程。硅酸盐类矿物表面分布了较多的表面悬键,具有较广泛的表面吸附位,为极性表面和改性剂提供了结合空间,也是硅酸盐类矿物作为载体材料广泛应用的主要原因。
给水处理过滤选用的改性滤料之所以对沉后水中悬浮物的去除效果较好,主要是因为滤料改性后呈多孔状物质,其微孔增多、孔径小、比表面积大大增加,丰富了固体表面的活性吸附作用点,增强了化学吸附作用,改性滤料的大比表面积是造成其吸附性能良好的有利条件。同时,在中性水环境下,改性滤料表面带正电荷并且涂层金属氧化物表面具有大量的羟基基团,羟基化后的表面可以与水中的金属离子发生离子交换反应。归纳起来,一般改性滤料具有如下几个特点。
(1)改性滤料的表面粗糙,比表面积大改性滤料是在石英砂载体材料表面涂上一层改剂,涂层后其表面几乎全被改性剂所覆盖,这样载体材料表面的性质基本上是改性剂的性质,当改性剂黏附在载体材料表面上时,无数微型颗粒堆积在其表面,造成比原来载体材料大得多的比表面积,并呈多孔状。例如氧化铁涂在石英砂表面上时比表面积是1.59m3/g,与未涂层石英砂的比表面积0.04m2/g比较增加近40倍
(2)改性滤料表面的吸附点多改性滤料的表面比未改性石英砂滤料更为粗糙,比表面积大大增加,其表面吸附点位数量相应也大大增加。试验结果表明,改性滤料平均表面吸附点位数量为0.12mmol/L滤料,面石英砂为0.015mmol/L.滤料。即改性滤料表面吸附点位数量是石英砂滤料的8倍,盛力等通过试验发现在原水锰浓度相同的条件下,金属氧化物改性石英砂滤料对锰的吸附容量约为天然锰砂对锰吸附容量的2-3倍,约为未改性石英砂的10~13倍007年,赵玉华教授对石英砂和陶粒进行涂铁和涂铝改性,滤料改性后的吸附容量比未改性时大得多,试验发现,在相同的原水有机物质量浓度条件下,涂铁石英砂的吸附容量是未改性石英砂吸附容量的8~26倍,涂铝石英砂的吸附容量是未改性石英砂吸附容量的4-7倍,涂铁陶粒的吸附容量是未改性陶粒吸附容量的6~12倍,涂铝陶粒的吸附容量是未改性陶粒吸附容量的5-8倍。由于石英砂和陶粒的密度不同,所以从单位体积滤料对有机物的吸附容量来看,涂铁石英砂>涂铁陶粒>涂铝陶粒>涂铝石英砂>陶粒>石英砂,由此可见,表面涂铁的石英砂和陶粒改性滤料去除有机物的效果优于表面涂铝的石英砂和陶粒。
改性滤料
范德华力是分子间的物理作用力,它没有选择性,可发生于固体吸附剂对任意溶质之间,物理吸附是化学吸附的前奏,由于范德华力的作用范围较大,将远离滤料固体表面的吸附质点吸附到滤料表面,然后由物理吸附转变为化学吸附,化学吸附是不可逆的,这样可将吸附质点牢牢地固定在滤料表面。滤料经过涂层表面改性后,其物理吸附性能和化学吸附性能均得到提高,但改性滤料的化学吸附性能略高于物理吸附性能,这样使改性滤料的吸附容量大大提高。
(3)改性滤料等电点时的pH值较高滤料(改性滤料和未改性石英砂滤料)的表面电性表现为滤料表面吸附的正负电荷(H+与OH)的差值。当滤料表面的正负电荷正好相当时,滤料处于零电荷点,这时滤料表面的pH值称为pH,当溶液的pH pH时,滤料表面带负电荷。在通常的水处理环境下(pH值在?左右),未改性石英砂滤料的表面带负电荷,与沉后水中悬浮物所带的电荷相同,这样同性相斥,造成了吸附能力较弱,相反,改性滤料在该环境下则带正电,与有机物所带电荷相反而与有机物互相吸引,这样就增强了过滤过程对水中有机物的吸附易小萍等指出石英砂滤料改性后,可使滤料等电点(PC)时的pH值由原来的0.7-2.2提高到了2.5-10.3左右,这样改性滤料在中性水的环境下带正电荷,同时又由于大部分水中的悬浮颗粒表面都带有负电荷,这样滤料表面和悬浮物表面因所带电荷相反而互相吸引,增加了黏土颗粒与滤料表面之间的结合力,增加浊度物质的去除率,因此,改性滤料更
有利于静电吸附作用的发挥,在电性方面完全优于未涂层石英砂滤料。就涂氧化钛的改性滤料而言,由于氧化钛的等电点在5.8~6.7,这样在天然水pH值条件下,改性滤料表面电荷近似为零,降低了黏土颗粒、藻细胞与滤料表面之间的静电斥力,增加了过滤除浊、除藻的效率,所以,改性滤料与黏土颗粒、细胞之间的结合力增加也是由于滤料改性后其等电点时的PH值提高所致。另外，藻细胞璧上的有机物与改性滤料表面上的金属离子之间也存在MeOOCR的结合作用。
改性滤料供应商：河南山水环保材料有限公司