【文章內容簡介】 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。濾料內部已形成了許多由骨架分隔成的密集微小空隙空間結構，而且這些孔隙相互連通，說明其不僅具有很大的比表面積和良好的吸附功能，而且具備較高的機械強度，這些性能對含油廢水處理的實際應用都是非常有利的。 （ 3） 結晶形態(tài) 分析 如 圖 414所示，武鋼綜合污泥質濾料中的主要無機組成為 Ca2Al2SiO7及 Ca3Fe(SiO4)3，另有相當部分為化學組成變化不定的無定形鋁硅酸鹽物質。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作用，而無定形鋁硅酸鹽物質則起膠結作用和填充作用。 （ 4）熱重分析 由圖 415 可知，武鋼綜合污泥質濾料在 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 武鋼綜合污泥質多孔陶瓷濾料的 TGDTA曲線 TGDTA curve of filter media on the basis of prehensive sludge inWISCO 燒結法制備過程中吸附水分和有機質的 揮發(fā)所致；吸附水和結晶水的脫除于 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 ％； 1000℃ 以上的高溫階段，燒結過程中僅有微弱的失重現(xiàn)象。故燒成過程中 700℃ 左右應充分保溫，使CaCO3分解反應充分地進行，形成足夠的氣孔。 綜合污泥質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（以下簡稱丙基硅烷），另一種是 202 型含氫硅油（簡稱含氫硅油）。 本節(jié)主要通過兩種改性劑 改性樣品的紅外分析、接觸角測定分析、 SEM形貌觀察比較試驗，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)的峰對應的是 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的存在進一步表明親油濾料表面性質已發(fā)生改變。從上圖中還可看出，在 3441cm1 處和 1770 cm1， b樣品對應的峰強一些，說明它表面的 OH 與 SiH 少一些，從而說明經(jīng)水解的硅油與表面的羥基反應完全一些，這也可以從 1093 cm1處存在較強峰，而在 c樣品中僅存弱峰可以說明，由此可以推斷含氫硅油經(jīng)化學反應生成一些 SiOSi鍵、 SiOFe鍵、 SiOAl鍵多一些，這說明采用含氫硅油作為改性劑進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 接觸角測定 Fig. 417 Measure of contact angle 圖 417 為接觸角的測定結果。由圖可見，未改性的原始 片狀濾料基體對水的接觸角為25176。，而經(jīng)過含氫硅油改性后的片狀基體對水的接觸角為 138176。，經(jīng)丙基硅烷改性后的片狀基體對水的接觸角為 127176。表明改性后隨著接觸角發(fā)生顯著的變化，基體的表面性質由親水變成親油。對比兩種改性材料，含氫硅油改性后的濾料接觸角更大，體現(xiàn)出其具有更強的油潤濕吸附特性，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，表面無開裂和裂紋，表明經(jīng)改性后濾料表面親油涂層和濾料結合牢固。同時還可看出，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。 綜上實驗結果分析，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) 各種預處理措施 處理后，再用 含氫硅油 對 其進行表面親油改性。 濾料去油率的影響見表 49。 表 49預處理對濾料去油率的影響 Table49 Effects of pretreatment on oil removal efficiency of media 對濾料預處理措施 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 預處理 能夠對 濾料的除油能力 有不同程度的提高 。 其中 Ⅳ號處理方法，即 水洗 +酸洗 +水洗 三次清洗方法效果最好，出油率可達 %。 這是 因為 水洗 后可 使 濾料表面的粉塵洗去，而酸 洗 可在 進一步去除不潔物 的同時還起到 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 改性 劑 的粘附結合。 表面親油改性 固化工藝 優(yōu)化 選 擇 了 硅油體積分數(shù)、涂層次數(shù)、固化溫度和固化時間 作 為固化工藝的影響因素，以L934 正交表安排試驗，因素水平表見表 410，試驗安排及直觀結果分析見表 411。 利用 并 繪出正交試驗直觀分析圖，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（硅油體積分數(shù) /%） B（涂層次數(shù)） C(固化溫度 /℃) D (固化時間 /min) 1 10 1 200 10 2 20 2 250 20 3 30 3 300 25 表 411 試驗安排及直觀分析結果 Table411 Experiment arrangement and visual analysis results 行號 \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 正交試驗直觀分析圖 Visual analysis chart of orthogonal experiment 利用 編程進行了正交試驗的方差分析，結果列于表 412。 表 412 方差分析表 Table 412 Analysis of variance tables 方差來源 平方和 自 由度 均方 F值 Fa值 顯著性 固化時間 2 (2,2)=19 (2,2)=99 (2,2)=9 (2,2)=4 ★★ 涂層次數(shù) 2 固化溫度 2 ★ 硅油體積分數(shù) 2 總 和 8 從表 412 中得出固化時間和固化溫度對濾料除油具有顯著性影響，而其涂層次數(shù)及硅油體積分數(shù) 次之 ， 但固化時間過長、涂層次數(shù)過多時會影響改性濾料制備的效率和成本， 所以 綜合考慮確定 本試驗中的最佳固化工藝為 A1B1C3D3，即硅油體積分數(shù) 、 涂層次數(shù) 、 固化溫度 、 固化時間 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，測得除油率為 %， 接近 表中最好的 3 號試驗 值 %，除油性能相差不大 。 表面親油改性 優(yōu)化工藝的再驗證 為了進一步驗證上述試驗中所確定的最優(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）和固化時間（ 25min）的條件下，選取固化溫度和硅油體積分數(shù)這兩種因素的兩個不同水平，共制備出 4種改性濾料（即 1號： A1B1C3D3， 2號：A1B1C2D3， 3 號： A2B1C3D3， 4 號： A2B1C2D3），利用掃描電鏡、紅外光譜和接觸角測試等手段進行了對照試驗研究。 （ 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 （硅油體積分數(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