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。