聚四氟乙烯（PTFE）纤维和活性炭纤维（ACF）的改性及其除油性能研究

论文摘要

本文研究了聚四氟乙烯(PTFE)纤维及活性炭纤维(ACF)的改性方法,及其对含油污水的吸附与脱附性能。通过使PTFE纤维表面获得多孔结构,以及使ACF表面的微孔扩大,提高了两种纤维滤料对油污的吸附能力。同时还研究了无机盐对含油污水的破乳作用和机制,以减轻除油过程中纤维滤料的负荷。首先研究了含有不同价态阳离子的无机盐对含油污水的破乳效果。阳离子电荷数越高,破乳效果越好；金属离子半径越小,其破乳能力越强。对于常用的NaCl无机盐破乳剂来说,破乳能力随NaCl加入量的增加而增强。破乳时间越长,溶液温度越高,破乳效果越好。在50mL400mg/L的含油污水中,NaCl的最佳破乳质量为0.9g。将PTFE纤维硫酸改性和高温炭化处理,获得了具有多孔结构同时又有拒油性能的表面。用低温氮气吸附法分析了孔分布,用红外光谱和扫描电镜对表面官能团和表面形貌进行了表征。改性后的纤维表面产生了微孔,大大增加了比表面积,从而增大了对油污的吸附容量。通过改变初始含油浓度、温度、pH等因素研究了改性纤维滤料对含油污水的静态吸附规律,在初始含油浓度为90mg/L,温度为50℃,pH=3时,最大吸附量为37.31mg/g。经过30次反洗以后,滤料上的残余的吸油量在24mg/g左右,远没有达到饱和吸附量,表明聚四氟乙烯纤维滤料可以多次反洗再生,循环使用。最后研究了用硝酸,磷酸和双氧水处理活性炭纤维,以期扩大ACF表面的微孔,增大对油污的吸附作用。并对改性机制进行了探讨,利用氮吸附等温线对其孔隙分布进行了分析,用红外光谱和扫描电镜对表面官能团和表面形貌进行了表征。改性后的ACF孔径增大,比表面积减小。其中以硝酸处理的效果最好,表面酸性基团增加最多,对油污的吸附量最大。ACF经过8次再生后,出水含汕量在4.93mg/L,仍满足回注水A1级标准。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 乳状液稳定机理
• 1.2.1 降低表面张力
• 1.2.2 形成定向楔的界面
• 1.2.3 形成扩散双电层
• 1.2.4 界面膜的稳定作用
• 1.3 乳状液的破乳过程
• 1.3.1 乳状液的破乳机理
• 1.3.1.1 相转移—反相变形机理
• 1.3.1.2 碰撞击破界面膜机理
• 1.3.1.3 增溶机理
• 1.3.1.4 褶皱变型破乳机理
• 1.3.2 乳状液破乳技术
• 1.3.2.1 加破乳剂破乳
• 1.3.2.2 破坏乳化剂
• 1.3.2.3 加电解质
• 1.3.2.4 外加电场
• 1.3.2.5 微波辐射
• 1.3.2.6 其它方法
• 1.4 聚四氟乙烯纤维及其应用
• 1.5 活性炭纤维及其应用
• 1.5.1 活性炭纤维的特点
• 1.5.2 ACF在各方面的应用
• 1.5.2.1 气体处理
• 1.5.2.2 水体净化
• 1.5.2.3 废水处理
• 1.5.3 ACF与目前过滤材料对比具有的优势
• 1.5.4 活性炭纤维应用方面的问题
• 1.6 含油污水过滤技术现状
• 1.6.1 污水过滤过程微观机理
• 1.6.1.1 迁移机理
• 1.6.1.2 附着机理
• 1.6.1.3 脱落机理
• 1.6.2 常规过滤方法
• 1.6.3 纤维过滤材料及其在采油污水处理中的应用
• 1.7 主要研究内容
• 第二章 无机盐对含油污水的破乳研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料及仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.2.1 模拟含油污水的配制
• 2.2.2.2 含油污水乳液破乳实验
• 2.2.3 破乳效果评价
• 2.2.3.1 含油污水破乳效果评价原理
• 2.2.3.2 含汕污水中含油量的测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同价态无机盐金属离子对破乳效果的影响
• 2.3.2 同种破乳剂NaCl不同用量对破乳效果的影响
• 2.3.3 离子半径不同的无机盐对破乳效果的影响
• 2.3.4 破乳时间对无机盐破乳效果的影响
• 2.3.5 pH对破乳效果的影响
• 2.3.6 温度对破乳效果的影响
• 2.4 小结
• 第三章 聚四氟乙烯纤维滤料的改性及对含油污水的处理
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料及仪器
• 3.2.2 聚四氟乙烯纤维滤料改性实验
• 3.2.2.1 聚四氟乙烯改性滤料SEM微观结构测试
• 3.2.2.2 聚四氟乙烯改性滤料的红外光谱测试
• 3.2.3 模拟含油污水的制备及含油量的测试
• 3.2.3.1 模拟含油污水的配制
• 3.2.3.2 含油污水中含油量的测试
• 3.2.4 聚四氟乙烯改性滤料的静态吸附试验
• 3.2.5 聚四氟乙烯改性滤料的反洗再生实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 聚四氟乙烯改性滤料的微观结构分析
• 3.3.2 聚四氟乙烯改性滤料的吸附性能比较
• 3.3.3 聚四氟乙烯改性滤料的红外光谱分析
• 3.3.4 聚四氟乙烯改性滤料对油的静态吸附性能研究
• 3.3.4.1 聚四氟乙烯改性滤料的吸附等温曲线
• 3.3.4.2 初始含油浓度对吸附性能的影响
• 3.3.4.3 温度对吸附性能的影响
• 3.3.4.4 无机盐对吸附性能的影响
• 3.3.4.5 pH对吸附性能的影响
• 3.3.5 聚四氟乙烯改性滤料的反洗再生性能
• 3.3.5.1 聚四氟乙烯纤维滤料的反洗实验
• 3.3.5.2 聚四氟乙烯纤维滤料再生前后的扫描电镜分析
• 3.4 小结
• 第四章 活性炭纤维对含油污水的吸附性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 活性炭纤维改性处理及分析测试
• 4.2.2.1 活性炭纤维改性实验
• 4.2.2.2 活性炭纤维改性前后的扫描电镜观测
• 4.2.2.3 活性炭纤维改性前后的红外光谱测试
• 4.2.2.4 活性炭纤维改性前后的表面含氧官能团测试
• 4.2.2.5 活性炭纤维改性前后的比表面及孔径分布测试
• 4.2.3 活性炭纤维静态吸附性能测试
• 4.2.4 活性炭纤维动态过滤性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 活性炭纤维的改性效果测试
• 4.3.1.1 活性炭纤维改性前后的扫描电镜分析
• 4.3.1.2 活性炭纤维改性前后的红外谱图分析
• 4.3.1.3 活性炭纤维改性前后的表面含氧官能团分析
• 4.3.1.4 活性炭纤维改性前后的比表面积及孔径分布分析
• 4.3.2 活性炭纤维的静态吸附性能研究
• 4.3.2.1 活性炭纤维改性前后的吸附等温曲线
• 4.3.2.2 初始含油浓度对吸附性能的影响
• 4.3.2.3 吸附时间对吸附性能的影响
• 4.3.2.4 温度对吸附性能的影响
• 4.3.2.5 pH对吸附性能的影响
• 4.3.3 活性炭纤维的重复利用/反洗再生性能
• 4.3.3.1 活性炭纤维的使用寿命研究
• 4.3.3.2 活性炭纤维的反洗再生性能研究
• 4.4 小结
• 第五章 主要结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢