表面重构石英砂滤料的制备及微生物附着行为

基于普通石英砂滤料表面光滑、比表面积小、微生物难以附着等缺陷,以BOE（buffered oxide etch）腐蚀液对普通石英砂滤料进行化学蚀刻处理,以改善石英砂的表面形貌,促进微生物在石英砂滤料表面附着。扫描电镜分析结果表明,经改性得到的表面重构石英砂形貌发生明显变化,整体呈沟槽形貌;因素分析试验结果表明,在腐蚀液浓度为15%（质量）、HF与NH₄F的质量比为1∶1、反应温度为55℃、反应时间为45 min的条件下,所得改性石英砂表面的沟槽较多且宽度多介于1.0～5.0 μm之间,表面生物量由改性前的9.3 nmol P·g^-1提高到改性后的15.7 nmol P·g^-1;红外光谱分析结果显示,改性石英砂表面部分Si-O转变为Si-OH,有机物特征峰的消失反映了石英砂表面有机物的进一步去除;石英砂的比表面积由改性前的0.427 m²·g^-1提高至改性后的1.475 m²·g^-1;对COD_Cr的平均去除率由改性前的41.9%提高到改性后的51.6%。因此,表面重构石英砂具有较好的微生物亲和性,更适宜微生物的附着。     

石英砂滤料表面干法改性制备疏水性除油滤料

采用钛酸酯偶联剂DN101对石英砂滤料进行表面干法改性,增强滤料的亲油疏水性。通过单因素实验研究改性时间、DN101浓度以及改性温度对改性效果的影响,并以亲油亲水比LHR作为评判改性效果的标准。结果表明,反应时间为70 min、DN101用量为1.2%、反应温度为60℃时,DN101干法改性石英砂效果最好,LHR值由未改性时的1.25提高到最大值11.1;改性石英砂对15.61 mg·L~(~(-1))含油废水的吸附容量由未改性时的0.17mg·g~(-1)增大到0.25 mg·g~(-1);对17.3 mg·L~(-1)含油废水的过滤去除率由未改性时的72.6%提高到97.8%。扫描电镜、电子能谱和红外光谱分析结果表明,DN101以化学键的方式与石英砂表面官能团结合,对石英砂形成了均匀稳定的包覆层。     

氧化铁改性石英砂的复合挂膜与氨氮去除试验研究

采用自制的氧化铁改性石英砂滤料(简称"改性砂"),对生物改性砂联合处理微污染物氨氮的复合挂膜启动性能以及滤料表面形态进行了试验研究,并与生物普通砂联用效果进行对比。结果表明,生物普通砂和生物改性砂在挂膜初期的生物量分别为15.46、13.79 nmol/g(n(P)/m(滤料)),稳定运行期分别为18.75、20.09 nmol/g;挂膜初期,生物普通砂与生物改性砂对质量浓度为1～2 mg/L氨氮的去除效果分别达到92%和95%;挂膜稳定期,前者对氨氮的去除效果约60%,后者稳定在80%左右;在不同氨氮质量浓度(0.5～4 mg/L)下,生物普通砂对氨氮去除率从60%上升至80%,生物改性砂的去除率从70%增至95%;过滤前后2种滤料表面形态均发生变化,生物改性砂表面孔隙更小,结构更加复杂多孔,表面粗糙程度进一步增加,对氨氮去除率高。     

改性石英砂强化火电厂中水回用微污染物处理效果研究

通过对石英砂滤料的改性研究改变原滤料表面物理化学性质,提高滤料吸附能力和截污能力,强化对中水中有机物的去除效率。分别试验了对石英砂进行铝盐和铁盐方法的改性,过对比了静态吸附试验和动态过滤试验改性石英砂和未改性石英砂对微污染水中有机物和浊度的去除效果。结果表明,改性砂对COD和浊度的吸附效果较之未改性前均有明显提高,COD去除率由5%提高到20%～30%,浊度的去除率由37%提高到55%～65%,动态试验与静态试验结果一致,去除率也均有提高;不同金属氧化物的改性砂性能不同。     

改性滤料强化过滤处理微污染水

实验室制备涂氧化钛的改性滤料,对微污染水进行强化过滤处理,结果表明;其去除浊度、有机物、藻细胞等污染物的能力要比普通石英砂滤料强：与涂氧化铁的改性滤料相比,二者去除浊度的能力相近,但涂氧化钛的改性滤料去除有机物、藻细胞的能力要强。根据改性滤料的除污机理,滤料去除浊度的能力与其表面电位和其结合有机物的能力有关;而去除有机物、藻细胞的能力主要与其表面晶格金属阳离子价数有关,金属离子价数越高,其结合有机物阴离子基团的摩尔数就多,去除有机物、藻细胞的能力就强。这为新型高效滤料的研制提供了方向。     

吡咯改性活性炭电吸附电极除盐性能研究

以活性炭为原料,吡咯为改性剂FeCl_3为氧化剂,原位化学氧化法改性电吸附电极。以比电容为指标,采用单因素法分析,确定最优改性工艺,并对该工艺条件下制备的样品进行比表面积、表面形貌和电化学性能的表征。结果表明,在活性炭质量为2.0g,吡咯浓度为2mol·L~(-1)及FeCl_3浓度为2mol·L~(-1)时,改性的活性炭比电容值高达270.36F·g~(-1);改性后活性炭的比表面积、孔径和孔容分别降低了10.47%、51.18%和45.71%,孔隙结构以微孔为主;且改性后电极的平均接触角从85.7°减小到60.45°,比电容由89.66 F·g~(-1)增加到283.5F·g~(-1),提高了68.37%;将最佳配比改性的电极应用于除盐小试中除盐率可达45.36%。本实验的研究为电吸附电极除盐性能及导电聚合物的深入研究提供理论基础。     

氧化铁对石英砂表面改性的研究

用反复沉淀法和加热蒸发法制备氧化铁/石英砂改性滤料,测定了其表面的铁含量、氧化铁膜的附着性能和比表面积,用电子显微镜观察了其表面形态,用X射线衍射进行了氧化铁膜的物相分析。     

水处理滤料表面润湿性及表面自由能与其亲油亲水性关系的研究

本实验首先利用钛酸酯DN-101和铝酸酯DL-411对石英砂滤料进行改性,然后选择未改性石英砂、DN-101改性石英砂和DL-411改性石英砂滤料作为研究对象来研究其润湿性和表面自由能同亲油亲水性之间的关系;同时以正己烷和去离子水作为探针液。用毛细重力法对水相去离子水及油相环己烷进行润湿,来探究各种滤料的亲油亲水性。结果表明未改性石英砂亲油亲水比(LHR)仅为0.823,亲油性较差,DN-101改性石英砂亲油亲水比(LHR)高达46.58,具有较强的亲油性,而DL-411改性石英砂亲油亲水比(LHR)为4.95,表现出一定的亲油性。并且通过XPS图谱分析了各滤料表面化学成分,结果表明DN-101改性石英砂表面自由能较弱,对油相有较好的润湿,表现出较好的亲油性,而未改性石英砂表面自由能较强,亲油性较差。DL-411改性石英砂趋于两者之间。     

毛细上升法研究水处理滤料的表面热力学特性

基于Washburn方程用亲油亲水比(LHR)比较了0.9～1.2 mm无烟煤、锰砂和石英砂滤料的润湿性; 同时以正己烷、1-溴萘、甲酰胺和去离子水为探针液, 用Washburn方程和van Oss-Chaudhurry-Good(vCG)理论对滤料表面自由能成分进行了估算。实验测得无烟煤、锰砂和石英砂的LHR值依次为1.93、0.75和0.69, 说明无烟煤的亲油性较好而锰砂和石英砂表现出了亲水性; 估得无烟煤、锰砂和石英砂滤料的表面自由能非极性成分和极性成分依次为38.8、38.0、37.7 mJ·m-2和0.73、6.8、8.7 mJ·m-2,初步说明水处理滤料的表面润湿性与其表面自由能极性成分γABs之间有一定的相关性; 而后者归因于滤料的表面化学组成。     

改性表面在微生物介质中耐蚀性研究

利用化学镀Ni-P的方法对换热设备常见的碳钢进行表面改性。通过调整镀液工艺制备出不同的改性表面并计算了试样的表面能,然后对普通碳钢表面和改性表面试样进行了微生物腐蚀静置实验。结果表明:所制备改性表面耐蚀性明显,微生物污垢附着及引发的垢下腐蚀程度均较碳钢表面小;镀液工艺对改性表面的耐腐蚀性能有直接影响,进一步分析发现改性表面的表面能和试样的腐蚀失重量有明显关联,试样的表面能和表面腐蚀失重量均随着氨基乙酸和主盐浓度的增加而增大,但表面腐蚀失重量变化较小。     

粉煤灰超细纤维耐腐蚀性能

粉煤灰超细纤维(FAF)在水、NaOH溶液、H2SO4溶液腐蚀介质中于100℃下腐蚀3 h,分别考察了极端过程中FAF的表面特性,并分析了腐蚀前后FAF质量、比表面、微观形貌、成分和结构的变化,测定了腐蚀后残液组分及含量. 结果表明,FAF失重率随腐蚀介质pH升高而减小,浸出离子的同时腐蚀介质pH升高;经水腐蚀后,FAF失重率为12.9%,表面出现微小坑洼;经0.25 mol/L NaOH溶液腐蚀后,失重率为4.6%,表面被刻蚀形成沟壑,Si和Al含量没有大变化,比表面积由0.129 m2/g增至5.486 m2/g,表面Si?OH振动吸收峰明显变弱;经0.25 mol/L H2SO4溶液腐蚀后,失重率为18.9%,宏观形貌变碎,Si, Al和Ca等大量浸出,红外图谱呈现SO42-的特征峰. 碱金属离子的浸出和网络结构中含Si成分的溶解为腐蚀的主要机制.     

基于金属有机骨架氧化物模板法的空心NiO的制备及其储钠电化学性能

本工作以镍离子交换的金属有机骨架氧化物Co-ZIF-67为模板制备得到空心NiO材料,并通过SEM、XRD、BET、FTIR、XPS、恒流充放电测试、循环伏安曲线等表征手段对空心NiO的结构、形貌、表面特性和电化学性能进行分析。SEM和BET测试表明制备的NiO为表面具有纳米中孔的亚微米级的空心材料。XPS结果显示空心氧化镍表面Ni为+2价和+3价的混合价态,作为钠离子电池负极时,电流密度50 m A·g~(-1)条件下初始比容量能达到1133.6 m Ah·g~(-1),充电比容量达到549.7 m Ah·g~(-1),首次循环库仑效率为48.5%;50次循环后,放电比容量仍能达到330.1 m Ah·g~(-1),表现出优异的可逆储钠性能。     

氮掺杂微孔活性炭制备及其超级电容性能

以土豆为碳源,乙二胺为氮源,氢氧化钾为活化剂制备具有微孔结构高比表面积氮掺杂活性炭。通过N_2物理吸附、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱和元素分析研究活性炭比表面积、孔结构、形貌及元素组成,并测试其电化学性能。结果表明,当碱碳质量比为5∶1时(NC600-800-5),活性炭材料比表面积最高2 440 m~2·g~(-1)、孔容最大1.07 cm~3·g~(-1)、孔径最大0.82 nm和1.80 nm。电流密度1 A·g~(-1)时比电容可达370 F·g~(-1),经3 000次循环充放电后,比电容保持率为95.2%。     

石英砂滤料表面干法改性制备疏水性除油滤料

采用钛酸酯偶联剂DN101对石英砂滤料进行表面干法改性,增强滤料的亲油疏水性。通过单因素实验研究改性时间、DN101浓度以及改性温度对改性效果的影响,并以亲油亲水比LHR作为评判改性效果的标准。结果表明,反应时间为70 min、DN101用量为1.2%、反应温度为60℃时,DN101干法改性石英砂效果最好,LHR值由未改性时的1.25提高到最大值11.1;改性石英砂对15.61 mg·L^-1含油废水的吸附容量由未改性时的0.17 mg·g^-1增大到0.25 mg·g^-1;对17.3 mg·L^-1含油废水的过滤去除率由未改性时的72.6%提高到97.8%。扫描电镜、电子能谱和红外光谱分析结果表明,DN101以化学键的方式与石英砂表面官能团结合,对石英砂形成了均匀稳定的包覆层。     

砂滤工艺处理西北黄土塬地区集雨水石英砂改性及滤速选定试验

对处理西北黄土塬地区集雨水砂滤工艺的石英砂滤料进行了改性试验,同时进行了滤速的选定试验。通过改性滤料对COD_(Cr)的去除率确定改性剂(三氯化铁)的最佳浓度、改性滤料在烘箱中被搅拌的最佳次数、最佳焙烧温度及最佳焙烧时间,确定了最佳改性条件下表面覆膜物质含量及氧化膜的附着强度。试验结果表明:改性剂浓度为2 mol/L,无搅拌,焙烧温度为550℃,焙烧时间为3 h时,所得到的改性滤料对集雨水COD_(Cr)的去除效果最好;最佳改性条件下表面覆膜物质的含量为2.14mg/g,其在酸性和机械震荡条件下的脱附率分别为0.551%、0.119%。在砂滤滤速的选定试验中,通过对不同滤速下,出水的浊度和总产水量分析,选定了最佳滤速为6 m/h。     

纳米多孔NiO类空心微球负极材料的制备与储锂性能

以NiCl_2·6H_2O、尿素、葡萄糖为原料采用水热法制备了NiO前体,将前体在空气中烧结最终得到NiO电极活性材料。该NiO样品具有镂空结构的类空心球形貌,且由50~100 nm初级纳米颗粒构成。对该NiO样品作为锂离子电池负极材料的储锂性能进行了研究,结果发现赝电容效应对该材料储锂容量和倍率性能有重要贡献。因独特的空心纳米结构和赝电容效应,该材料表现出出色的电化学循环稳定性和优异的大倍率充放电性能。在500m A·g~(-1)电流密度下,100圈充放电循环后放电比容量为650 m A·h·g~(-1),容量保持率达86.6%;在10 A·g~(-1)的超高倍率下,其稳定放电比容量仍高达432 m A·h·g~(-1)。     

包覆双导电聚合物改善富锂Li_(1.17)Mn_(0.50)Ni_(0.16)Co_(0.17)O_2的电性能

采用聚苯胺-聚乙二醇(PANI-PEG)双导电聚合物对Li_(1.17)Mn_(0.50)Ni_(0.16)Co_(0.17)O_2正极材料进行表面改性。利用XRD、SEM、TEM测试手段对包覆前后样品的晶体结构和表面形貌进行了表征,并对其电化学性能进行了系统研究。其中3%(wt)的PANI-PEG改性的Li_(1.17)Mn_(0.50)Ni_(0.16)Co_(0.17)O_2正极材料表现出最佳的初始库伦效率(83.0%),最高的放电比容量(100圈后192.0 mA·h·g~(-1)/1C)和最高的倍率性能(130 mA·h·g~(-1)/5C)。     

复合改性生物砂滤池对突发PhACs痕量污染的去除效果分析

针对石英砂（OQS）表面特征及特性,进行表面形貌重构改性及表面涂覆改性,并根据涂覆改性差异,制备出亲水改性砂（IMS）、疏水改性砂（OMS）、阳离子改性砂（CMS）和氨基改性砂（AMS）。以实验室模拟二级处理出水为研究对象,考察以6种石英砂[4种复合改性砂、表面重构砂（对照1）及原始砂（对照2）]为核心的生物砂滤工艺对碳氮磷及突发药物活性物质（PhACs）的削减效果,分析了各组生物砂滤池微生物种群结构,并进行了生态风险评估。结果表明,各类工艺对常规污染物的去除率在24.22%~90.35%之间,CM-BSF对常规污染物的去除效果最好;6种生物砂滤工艺对5大类12种PhACs的去除率在7.9%~50.3%之间,改性砂滤工艺CM-BSF去除效果更好;高通量检测表明各组微生物物种高度相似,但丰度有差异,总体来说,具备PhACs降解能力的功能菌在复合改性石英砂覆膜生物样品中的丰度较高;通过生态风险评价方法分析,CM-BSF工艺出水产生生态风险最小。     

单层滤料及双层不均匀滤料对地下水除铁除锰的影响

以哈尔滨某水厂高铁、高锰地下水为处理对象,考察相同运行条件(进水溶解氧为9mg·L~(-1),pH值为6.8~6.9,滤速为5m·h~(-1))下,单层滤料及双层滤料对除铁除锰滤柱除锰成熟期及出水水质的影响。结果表明:锰砂滤柱和上层石英砂下层锰砂滤柱除铁效果没有明显差别,都在运行7~10d后达标(0.3mg·L~(-1));锰砂滤柱除锰效果优于上层石英砂下层锰砂滤柱,后者比前者锰砂量小,吸附容量小,在锰质活性滤膜生成前吸附饱和,所以除锰成熟期延长。     

硅藻土矿提纯改性制备聚醚吸附剂的工艺研究

采用酸对硅藻土进行提纯改性,再吸附含钾钠离子的聚醚多元醇。研究结果表明:提纯剂浓度为6.5%的氯化氢水溶液和7%的冰乙酸水溶液,提纯温度60℃,改性剂浓度为1.5%的L-酒石酸水溶液、改性时间为12 h时,改性硅藻土加入量为聚醚多元醇的3%,可使聚醚多元醇中钾钠离子含量由95μg·g~(-1)和20μg·g~(-1)分别降至0.7μg·g~(-1)和0.9μg·g~(-1)。