【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 asis of prehensive sludge inWISCO 樣品 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O BS12 （ 2） SEM形貌分析 圖 413 BS12樣品的 SEM Fig. 413 SEM micrographs of surface and f ractured surface of sample BS12 樣品 Pa（ %） Wa（ %） D（ g/cm3） 耐酸性 (%) 耐堿性 (%) 抗壓碎強(qiáng)度 (MPa) BS12 從該樣品表面及斷面 圖 413 SEM 可以看出，在合適的燒成溫度樣品的晶粒長(zhǎng)成完整，晶體間的玻璃相填充豐富，有板條狀晶體或針棒狀晶體生成。濾料內(nèi)部已形成了許多由骨架分隔成的密集微小空隙空間結(jié)構(gòu)，而且這些孔隙相互連通，說(shuō)明其不僅具有很大的比表面積和良好的吸附功能，而且具備較高的機(jī)械強(qiáng)度，這些性能對(duì)含油廢水處理的實(shí)際應(yīng)用都是非常有利的。 （ 3） 結(jié)晶形態(tài) 分析 如 圖 414所示，武鋼綜合污泥質(zhì)濾料中的主要無(wú)機(jī)組成為 Ca2Al2SiO7及 Ca3Fe(SiO4)3，另有相當(dāng)部分為化學(xué)組成變化不定的無(wú)定形鋁硅酸鹽物質(zhì)。其中 Ca2Al2SiO7 的含量為 60～65%，其次是 Ca3Fe(SiO4)3，并含有少量的鋁酸鈉等。在這些礦物中， Ca2Al2SiO7 既是骨架又有一定的膠結(jié)作用，而無(wú)定形鋁硅酸鹽物質(zhì)則起膠結(jié)作用和填充作用。 （ 4）熱重分析 由圖 415 可知，武鋼綜合污泥質(zhì)濾料在 400℃ 之前有微弱失重現(xiàn)象，是由于 圖 414 濾料樣品的 XRD 圖譜 XRD dragrams of filter media sample 10 20 30 40 50 60 ????2 θ （176。）???☆ ☆ ●??★S3●?????????★ ★▲ △△△??△△△S5S9▲★???△△△ ? SiO2▲ Ca2SiO4● C a A l2Si2O8★ M g Fe2O4? Ca3Fe2( SiO4)3 △ C a 2 Al 2 SiO 7? C a [ M g ,Fe] Si2O6△☆ N a ( Si3Al ) O8圖 415 武鋼綜合污泥質(zhì)多孔陶瓷濾料的 TGDTA曲線 TGDTA curve of filter media on the basis of prehensive sludge inWISCO 燒結(jié)法制備過(guò)程中吸附水分和有機(jī)質(zhì)的 揮發(fā)所致；吸附水和結(jié)晶水的脫除于 600℃ 之前基本完成， 700℃ 左右發(fā)生 CaCO3的吸熱分解 CaCO3→CaO＋ CO2↑，失重達(dá) ％； 1000℃ 以上的高溫階段，燒結(jié)過(guò)程中僅有微弱的失重現(xiàn)象。故燒成過(guò)程中 700℃ 左右應(yīng)充分保溫，使CaCO3分解反應(yīng)充分地進(jìn)行，形成足夠的氣孔。 綜合污泥質(zhì)多孔濾料表面親油改性 兩種改性劑的選擇 本研究中使用紅外篩選的表面親油改性劑有兩種，一種是丙基三甲氧基硅烷（以下簡(jiǎn)稱丙基硅烷），另一種是 202 型含氫硅油（簡(jiǎn)稱含氫硅油）。 本節(jié)主要通過(guò)兩種改性劑 改性樣品的紅外分析、接觸角測(cè)定分析、 SEM形貌觀察比較試驗(yàn)，選擇其中之一作為本研究的改性劑。 圖 416 為不同樣品的紅外光譜圖。由圖可見，在波數(shù) 2167cm1 處出現(xiàn)的峰對(duì)應(yīng)的是 SiH鍵，它是含氫硅油的特征峰，表明硅油已涂在濾料表面，在波數(shù) 1628cm1 處的甲基等親油基團(tuán)的存在進(jìn)一步表明親油濾料表面性質(zhì)已發(fā)生改變。從上圖中還可看出，在 3441cm1 處和 1770 cm1， b樣品對(duì)應(yīng)的峰強(qiáng)一些，說(shuō)明它表面的 OH 與 SiH 少一些，從而說(shuō)明經(jīng)水解的硅油與表面的羥基反應(yīng)完全一些，這也可以從 1093 cm1處存在較強(qiáng)峰，而在 c樣品中僅存弱峰可以說(shuō)明，由此可以推斷含氫硅油經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成一些 SiOSi鍵、 SiOFe鍵、 SiOAl鍵多一些，這說(shuō)明采用含氫硅油作為改性劑進(jìn)行濾料表面親油改性效果較好一些。 4000 3500 3000 2500 2020 1500 1000 500 Bacb圖 416 不同改性條件濾料的 FTIR FTIR dragrams of modified filter media by different addition a— 原始濾料 b— 丙基三甲氧基硅烷改性 c— 含氫硅油 改性 (c) 丙基三甲氧基硅烷改性 圖 417 接觸角測(cè)定 Fig. 417 Measure of contact angle 圖 417 為接觸角的測(cè)定結(jié)果。由圖可見，未改性的原始 片狀濾料基體對(duì)水的接觸角為25176。，而經(jīng)過(guò)含氫硅油改性后的片狀基體對(duì)水的接觸角為 138176。，經(jīng)丙基硅烷改性后的片狀基體對(duì)水的接觸角為 127176。表明改性后隨著接觸角發(fā)生顯著的變化，基體的表面性質(zhì)由親水變成親油。對(duì)比兩種改性材料，含氫硅油改性后的濾料接觸角更大，體現(xiàn)出其具有更強(qiáng)的油潤(rùn)濕吸附特性，也即具有更好的除油性能。 （ a） 原始濾料表面 丙基三甲氧基硅烷 (a) 改性前的原始濾料 (b) 含氫硅油改性 含氫硅油 改性前 (b) 202 含氫硅油改性濾料表面 （ c）丙基三甲氧基硅烷改性濾料表面 圖 418 濾料改性前后的 SEM 照片 SEM morphology surface photos of modified and raw filter media 圖 418 為未改性原始濾料與分別用 202 含氫硅油和丙基三甲氧基硅烷兩種改性劑改性的濾料的表面 SEM照片。由圖可見，經(jīng)涂膜處理后，濾料表面與內(nèi)部均涂上親油涂層。 原始濾料表面的玻璃相里包裹著大量的晶體且表面較粗糙，而親油改性后晶體被親油涂層所覆蓋，表面僅有少量晶體且較為光滑，表面無(wú)開裂和裂紋，表明經(jīng)改性后濾料表面親油涂層和濾料結(jié)合牢固。同時(shí)還可看出，采用 202型含氫硅油的涂層 SEM 中凸凹面積更大，顯示親油性能更強(qiáng)。 綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，確定本研究采用含氫硅油作為濾料的表面改性材料。 表面親油改性預(yù)處理方法優(yōu)選 選用粒徑為 ～ 之間 的 性能最優(yōu) 濾料 ， 經(jīng) 各種預(yù)處理措施 處理后，再用 含氫硅油 對(duì) 其進(jìn)行表面親油改性。 濾料去油率的影響見表 49。 表 49預(yù)處理對(duì)濾料去油率的影響 Table49 Effects of pretreatment on oil removal efficiency of media 對(duì)濾料預(yù)處理措施 除油率（ %） 不做任何處理 水洗 （Ⅰ） 用水和乙醇清洗 （Ⅱ） 水洗 +酸洗 +乙醇清洗 （Ⅲ） 水洗 +酸洗 +水洗 （Ⅳ） 由 表 49顯而易見 ， 通過(guò) 預(yù)處理 能夠?qū)?濾料的除油能力 有不同程度的提高 。 其中 Ⅳ號(hào)處理方法，即 水洗 +酸洗 +水洗 三次清洗方法效果最好，出油率可達(dá) %。 這是 因?yàn)?水洗 后可 使 濾料表面的粉塵洗去，而酸 洗 可在 進(jìn)一步去除不潔物 的同時(shí)還起到 疏通濾料孔道 的作 用 ， 另外還 可 使 濾料表面 變得更加 粗糙， 有利于 油的 吸附 去除 和后續(xù)試驗(yàn) 改性 劑 的粘附結(jié)合。 表面親油改性 固化工藝 優(yōu)化 選 擇 了 硅油體積分?jǐn)?shù)、涂層次數(shù)、固化溫度和固化時(shí)間 作 為固化工藝的影響因素，以L934 正交表安排試驗(yàn)，因素水平表見表 410，試驗(yàn)安排及直觀結(jié)果分析見表 411。 利用 并 繪出正交試驗(yàn)直觀分析圖，分別見表 411 的下部和圖 419。 表 410 因素水平表 Table 410 List of factor levels 水平 因 素 A（硅油體積分?jǐn)?shù) /%） B（涂層次數(shù)） C(固化溫度 /℃) D (固化時(shí)間 /min) 1 10 1 200 10 2 20 2 250 20 3 30 3 300 25 表 411 試驗(yàn)安排及直觀分析結(jié)果 Table411 Experiment arrangement and visual analysis results 行號(hào) \因素 A B C D 油分去除率 /% 1 1（ 10） 1（ 1） 1（ 300） 1（ 10） 2 1（ 10） 2（ 2） 2（ 250） 2（ 20） 3 1（ 10） 3（ 3） 3（ 200） 3（ 25） 4 2（ 20） 1（ 1） 2（ 250） 3（ 25） 5 2（ 20） 2（ 2） 3（ 200） 1（ 10） 6 2（ 20） 3（ 3） 1（ 300） 2（ 20） 7 3（ 30） 1（ 1） 3（ 200） 2（ 20） 8 3（ 30） 2（ 2） 1（ 300） 3（ 25） 9 3（ 30） 3（ 3） 2（ 250） 1（ 10） K1 K2 K3 k1 k2 k3 R (a) (b) (c) (d) 圖 419 正交試驗(yàn)直觀分析圖 Visual analysis chart of orthogonal experiment 利用 編程進(jìn)行了正交試驗(yàn)的方差分析，結(jié)果列于表 412。 表 412 方差分析表 Table 412 Analysis of variance tables 方差來(lái)源 平方和 自 由度 均方 F值 Fa值 顯著性 固化時(shí)間 2 (2,2)=19 (2,2)=99 (2,2)=9 (2,2)=4 ★★ 涂層次數(shù) 2 固化溫度 2 ★ 硅油體積分?jǐn)?shù) 2 總 和 8 從表 412 中得出固化時(shí)間和固化溫度對(duì)濾料除油具有顯著性影響，而其涂層次數(shù)及硅油體積分?jǐn)?shù) 次之 ， 但固化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、涂層次數(shù)過(guò)多時(shí)會(huì)影響改性濾料制備的效率和成本， 所以 綜合考慮確定 本試驗(yàn)中的最佳固化工藝為 A1B1C3D3，即硅油體積分?jǐn)?shù) 、 涂層次數(shù) 、 固化溫度 、 固化時(shí)間 分別 為 10%、 1 次、 200℃ 、 25min，而此工藝組合不在表 411 中，重做此 工藝條件下改性的濾料，測(cè)得除油率為 %， 接近 表中最好的 3 號(hào)試驗(yàn) 值 %，除油性能相差不大 。 表面親油改性 優(yōu)化工藝的再驗(yàn)證 為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述試驗(yàn)中所確定的最優(yōu)改性條件 A1B1C3D3所制備出的改性濾料除油性能，在保持固定涂層次數(shù)（ 1 次）和固化時(shí)間（ 25min）的條件下，選取固化溫度和硅油體積分?jǐn)?shù)這兩種因素的兩個(gè)不同水平，共制備出 4種改性濾料（即 1號(hào)： A1B1C3D3， 2號(hào)：A1B1C2D3， 3 號(hào)： A2B1C3D3， 4 號(hào)： A2B1C2D3），利用掃描電鏡、紅外光譜和接觸角測(cè)試等手段進(jìn)行了對(duì)照試驗(yàn)研究。 （ 1）掃描電鏡分析（ 10000倍） 1）原始未改性濾料的 SEM 照片 原始濾料斷面 S E M 1 0 0 0 0 倍原始濾料表面 S E M 1 0 0 0 0 倍原始濾料表面 SEM 原始濾料斷面 SEM 圖 420 原始濾料表面和斷面的 SEM SEM of original filter’s surface and cross section 2) 1 號(hào) （硅油體積分?jǐn)?shù) 10%，改性溫度為 200℃ ）1 0 % 小粒徑 2 0 0 度 斷面 S E M 1 0 0 0 0 倍1 0 % 小粒徑 2 0 0 度 表面 S E M 1 0 0 0 0 倍 改性濾料表面 SEM 改性濾料斷面 SEM 圖 421 1號(hào)改性條件的濾料表面和斷面的 SEM SEM micrograph of filter’s surface and cross section in modifica