活性炭與鐵粉對(duì)陶瓷膜性能的影響

　　陶瓷膜由于其熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和溶劑穩(wěn)定性，陶瓷膜長(zhǎng)期以來(lái)一直用于微濾和超濾。這次講解中，含有不同量活性炭的陶瓷膜由活性炭和氧化鐵粉制成。含有活性炭的陶瓷粘土基復(fù)合材料是一種有效的吸附劑，可去除酸性礦山廢水中的鐵和鋁陽(yáng)離子、鉛以及鎘的重金屬陽(yáng)離子。

　　材料選擇和特性

　　由于上述陶瓷膜去除污染物的多重優(yōu)勢(shì)和有前途的特性，分析陶瓷膜中不同活性炭和氧化鐵粉末含量的影響。使用掃描電子顯微鏡研究活性炭材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)。圖1描繪了使用ZnCl2/50vol%在10,000倍放大倍數(shù)下活化后的活性炭的孔隙。發(fā)現(xiàn)活性炭的孔徑顯示尺寸范圍在0.93μm–1.26μm之間。

　　圖1：10,000倍放大倍數(shù)下活性炭孔尺寸的SEM圖像。

　　實(shí)驗(yàn)測(cè)試

　　以孔徑、壓降、流動(dòng)時(shí)間和通量為參數(shù)，給出去除水中雜質(zhì)的最佳條件。這些隨后可用于使用陶瓷膜將高度污染的水處理成清潔水。陶瓷膜的燒結(jié)溫度保持在900℃，以防止活性炭發(fā)生氧化過(guò)程，原因是從1200℃開(kāi)始使用非常高的溫度進(jìn)行燒結(jié)過(guò)程會(huì)促進(jìn)氧化并增加陶瓷密度，從而產(chǎn)生在較低的孔隙率。該工作使用長(zhǎng)25cm、外徑7cm、內(nèi)徑5cm的管狀陶瓷膜，如圖2a所示。進(jìn)料流壓差為1.0、1.5和2.0巴，運(yùn)行時(shí)間分別為15、30、45和60分鐘。水處理工藝實(shí)際實(shí)驗(yàn)裝置的流程示意圖如圖2b所示。

　　圖2：(a)陶瓷膜的示意圖,(b)水處理工藝流程示意圖。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　圖3顯示，在運(yùn)行90分鐘后，在2bar的運(yùn)行壓差下，達(dá)到的最高通量值。基于這些值，已知滲透通量值降低。發(fā)生這種情況是由于膜壁上不需要的溶解污染物顆粒堵塞，這些顆粒大于膜孔。這些顆粒堵塞膜表面的孔或卡在孔內(nèi)。這種膜壁堵塞與濃差極化現(xiàn)象密切相關(guān)，在這種現(xiàn)象中，膜壁表面的污染物濃度較高，導(dǎo)致較低的流體流量，而通過(guò)膜的污染物最少。也可以在圖3中看到滲透通量隨著較高的操作壓力而增加，這對(duì)應(yīng)于膜操作的驅(qū)動(dòng)力。施加到流過(guò)膜的進(jìn)料流的壓力將導(dǎo)致與膜孔相比顆粒尺寸更小的流體流可以通過(guò)膜，而較大的顆粒，例如污染物，將被保留。Fe、Mn、Zn、NH3–N、PO4各污染物從初始濃度1.38、1.30、0.92、0.90、0.93mg/L的總截留率分析結(jié)果分別為92.03、97.08、99.67、84.56、87.10%。這些分析結(jié)果顯示了這項(xiàng)工作的可喜成果，其中每項(xiàng)總拒絕率都在80%以上。

　　圖3：在不同的操作時(shí)間和壓力下滲透通量。

　　活性炭與鐵粉對(duì)陶瓷膜性能的影響，在水過(guò)濾過(guò)程中使用含活性炭和氧化鐵粉的復(fù)合陶瓷膜可降低Fe、Mn、Zn、NH3–N、PO4污染物濃度，截留率分別為92.03、97.08、99.67、84.56、和87.10%。在運(yùn)行90分鐘后，在2bar的運(yùn)行壓差下，每種污染物的滲透通量值隨著操作壓力的增加而增加，這對(duì)應(yīng)于膜操作的驅(qū)動(dòng)力。與膜A和B相比，具有最小活性炭組成的膜C具有最大表面積，這表明膜表面積與膜中包含的活性炭成分成反比關(guān)系。

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