关键词：
氯化性能（精选七篇）
氯化性能 篇1
关键词：纳米碳管,电极,电吸附
自从1991年Iijima发现纳米碳管以来[1],由于有着良好的导电性、优异的力学性能和高的化学反应惰性[2,3,4],使得纳米碳管在超级电容器、大功率能量存储以及储氢方面有着广泛的应用[5,6,7,8,9]。
但是利用纳米碳管电吸附氯化钠性能研究的报道非常少。笔者在大量的实验基础上,提出了利用纳米碳管的电吸附氯化钠技术。本实验首先对纳米碳管进行纯化处理,并将纳米碳管压制成电极,然后对纳米碳管电极电吸附氯化钠性能进行测试与分析,最后对纳米碳管电极的电吸附氯化钠方程进行了模拟。
1 实验部分
1.1 纳米碳管的制备及改性
利用甲烷化学气相沉积法制备纳米碳管,由于纳米碳管粗产物里含有大量的杂质,包括无定形碳微粒、无定形碳纤维、石墨微粒以及催化剂小颗粒等,因此,纳米碳管首先要进行改性处理。将纳米碳管分散在20%HNO3溶液中,超声振荡2h,然后浸泡20h,洗涤至中性,再烘干至恒重,得到纯化纳米碳管粉末。然后将纯化后的纳米碳管在空气中,以600℃煅烧30min,得到改性后的纳米碳管。
1.2 纳米碳管电极的制备
将改性后的纳米碳管粉末和有机粘结剂按4∶1的质量比以球磨法混合均匀,其中有机粘结剂为酚醛树脂掺加少量的乌洛托品(质量比为95∶5)。然后在150℃、20MPa下保温15min得到固体电极。最后将固体电极放入炭化炉,在N2气氛保护下加热至850℃并保温2h进行炭化处理,得到所需纳米碳管电极。电极片长、宽分别为115mm和75mm,电极片厚度约为1mm。
1.3 主要性能测试仪器
本实验主要采用的测试仪器包括:DF1730SB5A型直流稳压电源,浮子流量计,Cyberscan 200型电导率仪,ASAP2010氮气吸附仪。
2 结果与讨论
2.1 纳米碳管电极脱盐原理
图1为纳米碳管电极电吸附氯化钠的主要工作原理。在直流电压作用下,当氯化钠溶液通过电极体系时,氯离子和钠离子分别向荷电相反的电极做定向迁移并吸附在电极上,从而达到脱盐的目的,如图1(a)所示。当电极上吸附了的离子达到饱和时,通过电极反接使电极上吸附的离子脱落、排放,从而达到电极再生的目的,如图1(b)所示。
2.2 端电压对纳米碳管脱盐性能的影响
纳米碳管电极在不同端电压条件下的脱盐曲线,如图2所示。其中,氯化钠溶液的初始浓度为2000mg/L,氯化钠溶液流量控制在9mL/min,孔径为40~60nm纳米碳管电极的片数均为10片。
由图2可以发现,当端电压小于2.0V,随着端电压的升高,脱盐量不断增大,当达到2.0V时,脱盐量达到了最大值;然后随着端电压的升高,脱盐量开始下降。这是因为:当端电压小于2.0V时,随着端电压的增大,电化学双电层不断的增大,使得纳米碳管可以利用的孔径不断增多,虽然在端电压大于1.2V时,已经出现了部分水解,但是总体上电化学双电层占其主导地位,因此,随着端电压的增大,脱盐量不断增大;当端电压大于2.0V时,电化学双电层已经达到了平衡,而水解在端电压不断增加的作用下表现更加强烈,水解将在这段区域内占主要地位,因此,随着端电压的升高,纳米碳管的脱盐量性能也将会减弱。综上所述,本实验确定以2.0V为最佳端电压条件。
2.3 氯化钠溶液流量对纳米碳管脱盐性能的影响
将端电压稳定在2.0V,氯化钠溶液初始浓度为2000mg/L的条件下,孔径为40~60nm纳米碳管电极片数为10片,在不同氯化钠溶液流量的纳米碳管电极脱盐曲线如图3所示。随着氯化钠溶液流量的增加,电极脱盐的速度比较快,但是可以发现,随着氯化钠溶液流量增加,电极的脱盐深度下降,并且脱盐时间越来越短。当从图3中的脱盐效果和脱盐时间综合因素考虑,并且氯化钠溶液浓度处于最低点时的停留时间较长,最佳条件选取为10mL/min的氯化钠溶液流量。
2.4 不同管径的纳米碳管对脱盐性能的影响
管径为2~10nm、10~20nm、10~30nm和40~60nm的纳米碳管的氮气吸附-脱附曲线如图4所示。根据BET法计算不同管径纳米碳管比表面积数据如表1所示。将上述4种纳米碳管分别制成电极,电极脱盐性能的比较如图5所示,其中的条件为:端电压2.0V,氯化钠溶液流量10mL/min,氯化钠溶液初始浓度5000mg/L,电极的片数均10片。
不同电极比脱盐量,即每克电极的脱盐量,其计算结果如下所示:
其中:ηdesal为电极比脱盐量、C0为氯化钠溶液初始浓度、Ci为脱盐后氯化钠溶液平均浓度、V为氯化钠溶液的体积、M为电极质量。
根据图5及公式(1)可得不同管径纳米碳管比脱盐量数据,如表1所示。
2.5 初始浓度对脱盐性能的影响
图6为纳米碳管电极在不同氯化钠溶液初始浓度条件下脱盐的变化曲线。其中,所有其他实验条件相同,端电压控制在2.0V,氯化钠溶液流量控制在10mL/min,孔径为40~60nm纳米碳管电极的片数均为10片。根据图6和公式(1)得到的不同初始浓度下比脱盐量数据如表2所示。
由图6可以发现,随着氯化钠溶液浓度增大,纳米碳管电极的脱盐量不断增大,这是因为:当氯化钠溶液浓度越大时,与电极表面的离子浓差越大,离子迁移的速率将加大,使得离子有着向双电层移动的趋势,从而电极更加容易获得离子,也就使得电极孔径利用率增大,同时也说明了该种脱盐装置有着能够吸附高浓度氯化钠溶液的优势。
2.6 脱盐方程的模拟
本实验在大量的实验基础上研究发现:纳米碳管电极脱盐量与端电压,氯化钠溶液流量,氯化钠溶液浓度以及纳米碳管比表面积有关。弗伦德里希(Freundlich)方程最常采用以阐述关于溶液中吸附数据的方程[10],根据弗伦德里希(Freundlich)方程:
其中:X为溶液离子吸附量;C为平衡时吸附质的浓度;K和1/n为常数。
本实验依据弗伦德里希方程,加入比表面积修正项,得出了纳米碳管电极脱盐将满足以下方程:
其中:ηdesalt为脱盐量;C0为氯化钠溶液起始浓度;S为电极比表面积,1/n和1/m为常数,K在相同端电压和氯化钠溶液流量条件下为常数。
当保持K,C0不变的条件,根据式(3)可得:
其中:S1,S2分别为不同种类电极比表面积,ηdesalt1,ηdesalt2分别为不同种类电极的脱盐量。
根据表1可得:m=5/2。
当保持K,S不变的条件,根据式(3)可得:
其中:C0 1,C02分别为不同种类电极比表面积,ηdesalt1,ηdesalt2分别为不同种类电极的脱盐量。
根据表2可得:n=4。
将n和m数值带入式(3)可得纳米碳管电极脱盐方程:
其中K随着端电压改变而改变,但在一定端电压和氯化钠溶液流量下为常数。当端电压为2.0V,氯化钠溶液流量为10mL/min时,K=0.036。
3 结论
利用电吸附原理研究纳米碳管电极的脱盐性能的实验表明:端电压在2.0V时脱盐量达到最大值;氯化钠溶液初始浓度越高,纳米碳管电极比脱盐量越大;纳米碳管电极脱盐最佳流量为10mL/min,且纳米碳管电极脱盐量随着纳米碳管管径减小而增大。在2.0V和10mL/min的最佳脱盐的端电压和氯化钠溶液流量条件下,得出了纳米碳管电极电吸附氯化钠方程为ηdesalt=KC01/4S2/5。
参考文献
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[2]Zhang W,Picu R C,Koratkar N.The effect of carbon nano-tube dimensions and dispersion on the fatigue behavior of epoxynanocomposites[J].Nanotechnology,2008,19:285709.
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[8]梁逵,吴孟强,周旺,等.电池型电容器超大容量离子电容器[J].电子元件与材料,2001,8:24-26,49.
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浅析混凝剂聚硫氯化铝的性能 篇2
上海市自来水市南有限公司长桥自来水厂近几年对新型混凝剂聚硫氯化铝(PAC)的使用开始了探索、研究。期间分别在冬季和夏季对聚硫氯化铝的混凝效果与硫酸铝进行了比对，并对其成本进行测算。冬季用新型混凝剂——聚硫氯化铝来替代现在使用的硫酸铝，无论是对水质的提高、减少设备的损耗还是成本的降低都是不错的选择。因此，长桥水厂冬季对硫酸铝-聚硫氯化铝进行切换，其混凝效果大大提高，出厂水质也因此有所提高，目前使用效果良好。
一．聚硫氯化铝概述
聚硫氯化铝(PAC)又名碱式氯化铝或羟基硫酸铝。它是以铝灰或含铝矿物作为原料，采用酸溶或碱溶法加工制成。由于原料和生产工艺不同，产品规格也不一致。分子式[Al2 (OH) nCl6-n]m中的m为聚合度，单体为铝的羟基配合物Al2 (OH) nCl6-n。通常，n=1～5, m≤10。例如Al16 (OH) 40Cl8即为m=8, n=5的聚合物或多核配合物，溶于水后，即形成聚合物阳离子，对水中胶粒起电性中和及架桥作用。作用机理与硫酸铝相似，但它的效能优于硫酸铝。例如在相同水质下，投加量比硫酸铝少，对水的PH值变化适应性较强等。
实际上，聚硫氯化铝可看成是氯化铝Al Cl3在一定条件下经水解、聚合逐步转化成Al (OH) 3沉淀物过程中的各种中间产物。一般铝盐(如Al2 (SO4) 3和AlCl3)在投入水中后才进行水解聚合反应，反应产物的物种受水的PH值及铝盐浓度影响。而聚硫氯化铝在投入水中前的制备阶段即可发生水解聚合，投入水中后也可能发生新的变化，但聚合物成分基本确定。
二．实验室小试
1、实验目的
对聚硫氯化铝和硫酸铝二种混凝剂对比试验，以确定二种混凝剂在制水过程中的优劣。
2、试验仪器
a、ZR4—6混凝式搅拌机
b、HACH2100N浊度仪
3、试验准备
采用GB15892—1995《水处理剂聚硫氯化铝》及HG2227—91《水处理剂硫酸铝》对二种混凝剂的浓度进行标定。
聚硫氯化铝浓度为：8.49%(以Al2O3计), 比重：1.227。
硫酸铝浓度为：7.81%(以Al2O3计), 比重：1.324。
分别将以上二种混凝剂稀释至1%(1ml≈10mg Al2 (SO4) 3.18H2O计)
4、试验条件
序号转速(转/分)搅拌时间
a、转速400转/分，搅拌时间15秒;b、转速150转/分，搅拌时间2分钟
c、转速20转/分，搅拌时间5分钟;d、转速0转/分，搅拌时间10分钟
5、原水条件
水温：10.5℃;浊度：61NTU;氨氮：1.3mg/l;溶解氧：7.2mg/l;污染指数：1.2
6、结论
在同样原水水质(目前)情况下，以及同样的水力条件下，沉淀水浊度控制在1.4NTU左右时，硫酸铝需要：75公斤/千吨水;聚合氯化铝需要：29公斤/千吨水。聚硫氯化铝基数是硫酸铝基数的38.7%。
在低温状态下，硫酸铝很难再继续降低沉淀水浊度，而聚硫氯化铝能够继续降低沉淀水浊度，进一步提高低温下的水质。
三、新型混凝剂的技术优势及缺陷
1. 混凝、沉淀效果好
在冬季低温期使用硫酸铝时，矾花不易凝结。原水和硫酸铝经机械混合后，在反应池折板处不能看见有明显的颗粒状矾花，距反应池出口20M处才能见到云雾状矾花。由于加注量较大，水体呈白色，至沉淀池出口指型槽处水体才较为清澈，但有“跑矾花”现象发生。
使用聚硫氯化铝后，矾花容易生成。原水和聚硫氯化铝经机械搅拌混和后，在反应池折板处能明显看见有颗粒状矾花生成，反应池出口处就能看见云雾状矾花，且矾花体积较大，相对密实。距反应池出口15M之内矾花基本沉淀，水体已较为清澈。
2. 降低出厂水铝离子的含量
我们知道人类过多摄入铝离子将会影响人类的健康，因此降低水体中铝离子的含量也是我们制水过程中一重要环节。
由于水温较低时硫酸铝作为混凝剂通常用量较大，最甚时加注量达100KG/KT左右，铝离子在水体中含量明显增加。而使用聚硫氯化铝作为混凝剂，用量则明显少于硫酸铝，铝离子在水体中的含量也因此低于以往。
3. 减少了运输环节和水厂沉淀池的积泥量
无论是聚硫氯化铝还是硫酸铝虽然不是危险品但总是化学品，大量的运输与储存总会给社会和企业带来一定的不安全因素。使用聚硫氯化铝后，由于用量明显少于以往，运输量将会降低，运输成本也随之降低，与此同时社会道路安全和企业的生产安全将得以一定的提高。
聚硫氯化铝的使用也使沉淀池的积泥量较硫酸铝作为混凝剂的使用，有一定程度的下降。同时沉淀池的吸泥机运行周期较以往运行周期有一定的延长，水厂厂用率也能得到一定的控制。
4. 对不锈钢材质具有腐蚀性
聚硫氯化铝具有对不锈钢材质的较强腐蚀性。
长桥水厂在采用硫酸铝为混凝剂时，使用不锈钢304L的材质作为加药管道。运行近2个月后发现，管道多处、尤其是电焊接缝处有严重腐蚀现象，并发生多处渗漏情况。经过研究、探索，发现聚硫氯化铝中氯离子对不锈钢具有较强的腐蚀作用，不锈钢材质的管道不宜作为投加聚硫氯化铝的管道。我厂更改管道材质为UPVC塑料管后，目前使用两年多以来情况良好。
5. 容易结矾垢
长桥水厂现采用不锈钢316L环形架加注混凝剂，通过混合室的机械搅拌机搅拌混合后，至反应池进行反应。在生产中，我们发现虽然混凝剂的加注量不大，但环形管上的加注孔却较以往容易堵塞，造成加注不均匀，从而影响了混和效果。经我厂技术人员仔细分析后，发现长期使用聚硫氯化铝易结矾垢。目前，需要每半年清理下环形架。
四、总结:
作为混凝剂聚硫氯化铝, 总体上来看, 混凝效果良好, 尤其在冬季效果尤为明显。
聚硫氯化铝安全可靠，不仅出厂水能完成了各项参数指标，同时也较大的节约了生产成本, 只作为一种新型的混凝剂完全能够适应在大型水厂的生产投加与使用。
摘要：低温低浊水处理一直是水处理领域内备受关注的问题。上海市长桥水厂通过对混凝剂聚硫氯化铝与硫酸铝在实际生产中的比较及运行工艺参数的分析, 得出结论, 混凝剂聚硫氯化铝更适合于大型水厂冬季的投加。
氯化性能 篇3
采用不同硫化体系制备的丁基橡胶阻尼性能相差较大。资料表明[5]:以硫磺硫化的丁基橡胶具有较好的低温阻尼性能,而以树脂硫化的丁基橡胶具有较好的高温阻尼性能。树脂硫化的橡胶制品有良好的耐热性,其中树脂硫化的丁基橡胶或氯化丁基橡胶,因其在硫化过程中生成稳定的-C-C-型交联键和-C-O-C-型交联键,而具有良好的耐热性能和阻尼减振性能。
橡胶的减振性能与动态力学性能密切相关,单纯就减振而言,橡胶的tanσ越大,Δ0.7(tanσ≥0.7)所对应的温度范围越宽,损耗因子对温度的变化率越小,橡胶材料减振性能越好[6]。
氯化丁基橡胶由于其较低的玻璃化转变温度,决定了其最大损耗因子和有效阻尼温域在低温区域,而阻尼材料的实际应用环境温度往往在室温或较高的温度区域,因此需要进行改性以期提高其阻尼性能。为了提高了氯化丁基橡胶有效阻尼温域并对其阻尼性能有深刻的了解,本实验研究了氯化聚乙烯、酚醛树脂材料以及复合硫化体系等对氯化丁基橡胶力学性能和阻尼性能的影响。
1 实验部分
1.1 主要原料
氯化丁基橡胶(CIIR),1068,美国Exxon公司产品;氯化聚乙烯(CPE),135B,潍坊亚星化学股份有限公司产品;树脂硫化剂(PF),HY-2055,山西化工研究院产品;过氧化二异丙苯(DCP),化学纯,沈阳新西化工厂;氧化锌(ZnO):分析纯,市售;硬脂酸(SA):分析纯,市售。
1.2 基本配方
CIIR 100份,CPE 0~50份,PF 0~60份,DCP 0.5~1.5份,ZnO 0~5份,SA 0~3份。
1.3 设备仪器
开放式炼塑机:SK-250,无锡市第一橡塑机械设备厂;模压成型机:YX-50,上海伟力机械厂;电磁平板硫化机:XLB-DC-600×600-2A,株洲时代机电设备有限责任公司生产;电子万能试验机:CMT-7105,珠海三思计量仪器有限公司;扫描电镜:kyky2800,北京科仪器厂。
1.4 试样制备
首先,在二辊开放式炼胶机上,打开加热使辊温至70℃左右,加入CPE,反复进行滚压至片状,下料待用;待辊温冷却下来至室温,加入一定量的CIIR,待包辊后加入剩余胶料,依次加入SA和ZnO,混炼10min,然后按配比称取CPE,加入后反复滚压薄通10遍,待胶料混合均匀后,下料冷却至室温。
其次,待辊温冷却至室温后,按配方设计分别加入PF或DCP硫化剂,进行薄通10遍,待胶料混合均匀后出2mm和3mm厚的硫化胶样,在模压成型机上进行硫化成型,硫化条件分别为120℃×15MPa×40min或170℃×15MPa×20min。试样冷却5h后,进行各项力学阻尼性能测试。
1.5 性能测试与结构表征
力学性能:按GB/T528-1998用标准裁刀制成拉伸试样,进行力学性能试验,拉伸速率为500mm/min。邵尔A硬度按GB/T531-1992的方法测定。
阻尼性能:将试样按要求裁成4mm×12mm×3mm尺寸条状,美国TA公司Q800型动态热机械分析仪,单悬臂,频率为10Hz,升温速率2℃/min,测量温度范围为-80~100℃。
相态结构:试样采用液氮低温脆断,表面喷金处理,用扫描电镜下对样品断面进行观察,加速电压为1K~30KV。
2 结果与讨论
2.1 力学性能
2.1.1 CIIR/CPE共混体系
作为力学阻尼减振材料的研制,在实际应用结构中,除了具有良好的阻尼性能外,还应该起到满足结构减振的机械力学作用。因此,对于氯化丁基橡胶共混体系,研究了CPE用量对复合材料拉伸性能的影响,如表1所示。
从表1可知,随着体系中CPE用量的增加,与纯CIIR相比,复合材料的硬度值和拉伸强度有明显的增加,扯断伸长率和扯断永久变形有所降低。这是由于CIIR和CPE两者具有良好的相容性,通过共硫化作用后产生较好的相态结构,在力学性能上具有协同效应。
2.1.2 CIIR/PF共混体系
同样,考察了PF用量对复合材料拉伸性能的影响,如表2所示。
由表2可知,随着体系中PF用量的增加,与纯CIIR相比,复合材料的硬度值和拉伸强度有一定的增加但增幅不大,扯断伸长率和扯断永久变形稍有降低但降低不多。这是由于PF在CIIR体系中具有两个方面的作用,一是作为第二组分具有一定的相容性能与CIIR进行较好的共混,二是作为硫化剂参与CIIR的硫化作用,过多的用量则会损害体系的力学性能。
2.2 阻尼性能
2.2.1 CIIR/CPE共混体系
氯化丁基橡胶具有良好的阻尼性能,但由于其较低的玻璃化转变温度就限制了其在实际中的应用,而在减振结构阻尼中,需要的有效阻尼温域往往在室温状态或较高的温度范围内,因此需要提高基体材料的有效阻尼温度。作者设计通过加入CPE以期来提高氯化丁基橡胶的有效阻尼温度,研究不同CPE用量对基体材料阻尼性能的影响,如图1所示。
(CIIR/CPE:1-100/0;2-100/15;3-100/30;4-100/45)
从图1看出,在CIIR基体材料中加入一定量的CPE材料进行共混改性后,复合材料的阻尼损耗因子随CPE用量的增加呈下降趋势,纯CIIR时为1.56,加入45份CPE时损耗因子下降为1.14。但同时从曲线走势可知,CPE在基体中的加入明显提高了基体材料的玻璃化转变温度,使复合材料的玻璃化转变温度向高温方向推移了近35℃,对于研制具有高温域阻尼性能的复合材料来说是非常有意义的。另外,在CIIR/CPE共混体系DMA谱图上只出现一个大而宽的阻尼峰,这也说明所研究的CIIR/CPE共混硫化体系具有良好的相容性,为进一步研制具有宽温域高阻尼性能的阻尼材料提供良好的研究基础[7,8]。CIIR橡胶具有良好的低温阻尼性能,但在实际应用中往往需要在室温或以上具有一定的阻尼特性,因此需要研究提高或拓宽基体材料的阻尼性能和有效阻尼温域,上述研究表明,CPE的加入在一定程度上可以有效拓宽复合体系的阻尼有效温度范围。
2.2.2 CIIR/PF共混体系
在氯化丁基橡胶的硫化体系中,其中酚醛树脂硫化剂因其具有较高的玻璃化转变温度,且与氯化丁基橡胶具有较好的相容性,根据共混体系材料的玻璃化内移效应原理,研究不同PF用量对基体材料阻尼性能的影响,如图2所示。
从图2中对比曲线可以明显看出,在CIIR基体材料中加入一定量的PF材料进行共混改性后,随体系中CPE用量的增加,复合材料的阻尼损耗因子有所降低,但同时从曲线走势可知,PF的加入可以明显提高复合材料最大损耗因子对应的阻尼温度,使复合材料的玻璃化转变温度向高温方向推移了近25℃。同样,在CIIR/PF共混体系DMA谱图上只出现一个大而宽的阻尼峰,这说明所研究的CIIR/PF共混硫化体系具有较好的相容性。大量文献资料表明,当复合材料体系中两种组份完全不相容时,在其DMA谱图上出现两个完全分离的峰;反之,相容时则出现一个完整的峰。
(CIIR/PF:1-100/0;2-100/15;3-100/35;4-100/55)
2.3 相态结构
2.3.1 CIIR/CPE共混体系
用扫描电子显微镜对CIIR/CPE复合材料的断口形貌进行了观察,图3分别为加入15份和45份时复合材料断口放大500倍和5000倍的扫描电镜图。
(a1:15份复合材料,×500;a2:15份复合材料,×5000;b1:45份复合材料,×500;b2:45份复合材料,×5000)
从图3中可以看出,纯CIIR的断裂面比较平整,只有少量的凹痕和突起。从图3的a1和b1电镜照片可以看出,随CPE用量的增加,断裂面变得越不平整,分别对比放大后的照片a2和b2可以看出,当加入量为15份时,CIIR呈现明显的连续相,CPE在CIIR基体中呈分散相,原因为:CPE添加量较少时,在CIIR基体中被包覆,很难呈连续相;当CPE加入量增加到45份时,断裂面不平整,虽然CPE在硅橡胶基体中有一定的分散性,但也存在一定的连续相,且相界面较模糊,出现较厚的界面层,在微观形貌上呈现双相相互交叉的双连续相结构[9,10]。
2.3.2 CIIR/PF共混体系
针对CIIR/PF共混体系力学性能变化规律:随体系中PF用量的增加,其力学性能变化不明显。我们有针对性的选择CIIR/PF=100/55共混体系作为研究对象,用扫描电子显微镜对复合材料的断口形貌进行了观察,图4为断口放大1000倍、3000倍和5000倍时的扫描电镜图。
(1-1000倍;2-3000倍;3-5000倍)
从图4中可以看出,在CIIR基体中加入PF后,随CPE用量的增加,断裂面没有出现明显的不平整和凹凸现象,CIIR呈现明显的连续相,PF在CIIR基体中呈分散相且被很好的包覆,明显不同于CIIR/CPE共混体系。分析原因为:从CIIR和PF两者的分子链结构可以看出,都具有相类似的分子基团,其具有良好的热力学相容性,CIIR/PF共混体系的相态结构不会随体系中PF用量的增加而产生相分离现象,所以其共混体系的断裂面仍然平整。
2.4 硫化体系的作用研究
对于CIIR/CPE共混体系,不同的硫化体系制备的复合材料具有不同的阻尼性能,选择研究了PF和PF/DCP等对CIIR/CPE体系阻尼性能影响,如表3所示。
从表3中不同硫化体系制备的CIIR/CPE复合材料的阻尼性能对比可知,与单一采用PF硫化剂相比,运用PF/DCP复合硫化剂制备的复合材料的最大损耗因子有所提高,且最大损耗因子对应的温度向高温方向偏移了近2℃,且损耗因子大于0.7对应的有效阻尼温域得到了拓宽。
3 结论
(1)CPE可以明显提高氯化丁基橡胶基体材料的机械力学性能和共混体系的有效阻尼温度范围,为研制具有宽温域阻尼性能的氯化丁基橡胶阻尼减振材料提供一定的研究基础;
(2)PF可以有效提高氯化丁基橡胶基体材料的拉伸强度但增幅不大,同样能使共混复合材料体系的玻璃化转变温度向高温方向偏移;
(3)采用PF/DCP复合硫化剂制得的共混改性阻尼减振材料具有较高的阻尼损耗因子和较宽的有效阻尼温域。
参考文献
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氯化性能 篇4
本工作以粉煤灰为原料制备了PSiAFCS絮凝剂,以硅藻土为原料制备了模拟废水,考察了各制备条件和絮凝实验条件对PSiAFCS絮凝性能的影响,并与其他絮凝剂的絮凝效果进行了比较。
1 实验部分
1.1 原材料和仪器
粉煤灰(主要成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3)取自南昌某火力发电厂;盐酸、NaOH、Na2SO4、Na2CO3、KF均为分析纯;按文献[10]制备PSiAFC;聚合氯化铝(PAC):市售;按文献[11]制备Al(OH)3溶胶;以硅藻土为原料按文献[12]制备模拟废水。
SX 5-12型箱式电阻炉:上海申光仪器仪表有限公司;JHS-1型电子恒速搅拌机:杭州仪表电机有限公司;PHT-P型酸度计:上海申光仪器仪表有限公司;WGZ-200型散射光浊度仪:上海昕瑞仪器仪表有限公司;DF-1型集热式恒温磁力搅拌器:金坛市中大仪器厂;FYX-1型高压反应釜:大连通产高压釜容器制造有限公司。
1.2 PSiAFCS的制备
将粉煤灰和KF以m(粉煤灰)∶m(KF)=20∶4的比例在玛瑙研钵中混合均匀,在800℃下于电阻炉中焙烧活化1h后,按液固质量比为4∶1加入一定量浓度为6mol/L的盐酸,100℃下酸浸2h,固液分离。在60℃下向滤液中加入Al(OH)3溶胶调溶液pH至3.0~3.5,并保温4h,在保温后期按n(Al3+)∶n(SO 42-)=11的比例加入Na2SO4继续保温2h,得到聚硫酸氯化铝铁(PAFCS),保存备用。滤渣在90℃的NaOH溶液中水解除氟,除氟后将滤渣转移至4mol/L的NaOH溶液中,于160℃、0.6MPa下反应5h,得到硅酸钠溶液,将其稀释到SiO2质量分数为2.5%左右,同时调pH为6.0使其活化,室温下静置聚合反应10min,得到活性硅酸,在高速搅拌下,按[n(Al3+)+n(Fe3+)]∶n(Si4+)=10向活性硅酸中加入一定量的PAFCS,熟化24h后即得到PSiAFCS絮凝剂,外观为红棕色黏稠液体。
1.3 絮凝实验
在200r/min转速下向500mL已配制好的模拟废水中加入一定量的絮凝剂,搅拌2min后改变搅拌转速为50r/min再搅拌10min,静置一定时间后,取液面下2~3cm处液体测定其浊度。
2 结果与讨论
2.1 n(Al3+)∶n(SO 42-)对废水剩余浊度的影响
在模拟废水pH为7.2、浊度为125.00NTU、温度为25℃、PSiAFCS加入量为2.5mg/L、静置时间为20 min的条件下,PSiAFCS制备过程中n(Al3+)∶n(SO 42-)对废水剩余浊度的影响见图1。由图1可见:随n(Al3+)∶n(SO 42-)的升高,废水剩余浊度呈现先降后升的趋势;当n(Al3+)∶n(SO 42-)=11时,废水剩余浊度最低,为4.33NTU,浊度去除率达96.54%。有研究[13,14]报道,以Cl-为主要配位体引入少量SO 42-增强铝铁絮凝剂的絮凝能力的原因可能有两方面:一是Al3+的水解聚合产物中存在着[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+,而SO 42-与[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]7+中的[AlO4]5-结构类似而取代[AlO4]5-,形成[SO4Al12(OH)24(H2O)12]10+,增强了絮凝剂的电中和能力;二是SO 42-通过氢键将共聚体离子连接起来增大了聚合度。但SO 42-加入量过多,絮凝剂水解时,通过氢键与共聚体连接的结合力较弱的SO 42-离解出来,与Al3+和Fe3+生成了多价酸盐的沉淀物,降低了絮凝能力,故废水剩余浊度升高。
2.2 PSiAFCS加入量对废水剩余浊度的影响
在模拟废水pH为7.2、浊度为125.00NTU、温度为25℃、静置时间为20min的条件下,考察了PSiAFCS加入量对废水剩余浊度的影响,实验结果见图2。由图2可见:随PSiAFCS加入量增加,废水的剩余浊度先明显降低,然后趋于平缓,后略有上升;PSiAFCS加入量为2.5~7.5mg/L时,废水的剩余浊度均较低,浊度去除率均在96%以上;PSiAFCS加入量为2.5mg/L时,废水的剩余浊度最低,为4.33NTU,浊度去除率达96.54%。这是因为,模拟废水中的胶体微粒带负电荷,微粒之间相互排斥,比较稳定,不能沉降下来。PSiAFCS通过静电中和、吸附架桥及网捕等作用,可以去除模拟废水中的各种杂质。PSiAFCS加入量过少,会有部分胶体颗粒未受到絮凝剂的作用而处于悬浮状态;在最佳的PSiAFCS加入量条件下,絮凝剂恰好全部作用在胶体颗粒上,且絮团的沉降速率最大;PSiAFCS加入量过多,会使胶体颗粒带上相反电荷而不易沉降。本实验最佳PSiAFCS加入量为2.5mg/L。
2.3 模拟废水pH对其剩余浊度的影响
在模拟废水浊度为125.00NTU、温度为25℃、PSiAFCS加入量为2.5mg/L、静置时间为20min的条件下,考察了模拟废水pH对其剩余浊度的影响,实验结果见图3。由图3可见:废水pH为4.0时,废水的剩余浊度达42.30NTU,浊度去除率仅为66.16%;废水pH在6.0~11.0范围内时,废水的剩余浊度均较低,浊度去除率均在94%以上。这是因为,pH对水中胶体颗粒表面电荷Z电位、絮凝剂的性质和絮凝效果都有很大影响[15,16]。实验制备的PSiAFCS絮凝剂pH适用范围为6.0~11.0。
2.4 模拟废水温度对其剩余浊度的影响
在模拟废水pH为7.2、浊度为125.00NTU、PSiAFCS加入量为2.5mg/L、静置时间为20min的条件下,考察了模拟废水温度对其剩余浊度的影响,实验结果见表1。由表1可见:模拟废水温度为20~60℃时,废水的浊度去除率均在96%以上;随废水温度升高,浊度去除率提高;废水温度为60℃时,浊度去除率达98.83%。因为温度升高,溶液中的分子或粒子运动速率加快,增加了单位时间内发生絮凝的分子或粒子间的有效碰撞次数,絮凝速度加快,且水解反应是吸热反应,温度高时,有利于水解反应进行,致使废水的剩余浊度比温度低时低。
2.5 模拟废水初始浊度对其剩余浊度的影响
在模拟废水pH为7.2、温度为25℃、PSiAFCS加入量为2.5mg/L、静置时间为20min的条件下,考察了模拟废水初始浊度对其剩余浊度的影响,实验结果见表2。由表2可见,模拟废水初始浊度在50.00~500.00NTU范围内,絮凝反应后废水剩余浊度为1.61~13.21NTU,浊度去除率均在96%以上。
2.6 静置时间对废水剩余浊度的影响
在模拟废水pH为7.2、温度为25℃、浊度为125.00NTU、PSiAFCS加入量为2.5mg/L的条件下,考察了静置时间对废水剩余浊度的影响,实验结果见图4。由图4可见:经PSiAFCS处理过的废水,静置时间越长,剩余浊度越低;静置时间为20min时,剩余浊度为4.33NTU,浊度去除率为96.54%;当静置时间超过20min后,剩余浊度变化不大。本实验适宜的静置时间为20min。
2.7 不同絮凝剂对赣江水絮凝性能的比较
采用PSiAFCS、PSiAFC和PAC 3种絮凝剂处理赣江水(pH为6.8,浊度为30.00NTU),絮凝反应后废水的剩余浊度见图5。由图5可见:在絮凝剂加入量相同的条件下,PSiAFCS处理后水样的剩余浊度低于PSiAFC和PAC处理的水样;PSiAFCS加入量为2.5mg/L时,水样的剩余浊度最低,为0.52NTU,浊度去除率达98.27%,已达到GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》中浊度小于1.00NTU的要求。在絮凝过程中观察到,PSiAFCS形成的絮体大、密实、沉降速度快,原因在于SO 42-的引入发挥了其增加电荷及增大聚合度的作用,从而增强了絮凝剂的絮凝能力。可见PSiAFCS是一种高效的无机高分子絮凝剂。
3 结论
a)以粉煤灰为原料制备的无机高分子絮凝剂PSiAFCS处理以硅藻土为原料配制的模拟废水,在n(Al3+)∶n(SO 42-)=11、PSiAFCS加入量为2.5mg/L、废水pH为6.0~11.0,温度为60℃、静置时间为20min、废水初始浊度为50.00~500.00NTU的范围内,PSiAFCS的絮凝效果良好,废水浊度去除率大于96%。
b)PSiAFCS对赣江水的浊度去除效果优于PSiAFC和PAC。PSiAFCS加入量为2.5mg/L时,水样的剩余浊度最低,为0.52NTU,浊度去除率达98.27%,已达到GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》中浊度小于1.00NTU的要求。
摘要：以粉煤灰为原料制备了无机高分子絮凝剂聚硅酸硫酸氯化铝铁(PSiAFCS),用PSiAFCS处理以硅藻土为原料配制的模拟废水。实验结果表明,在n(Al3+)∶n(SO42-)=11、PSiAFCS加入量为2.5mg/L、废水pH为6.011.0,温度为60℃、静置时间为20min、废水初始浊度为50.00500.00NTU的范围内,PSiAFCS的絮凝效果良好,浊度去除率大于96%。PSiAFCS对赣江水的浊度去除效果优于聚硅酸氯化铝铁(PSiAFC)和聚合氯化铝(PAC)。PSiAFCS加入量为2.5mg/L时,水样的剩余浊度最低,为0.52NTU,浊度去除率达98.27%,达到GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》中浊度小于1.00NTU的要求。
氯化性能 篇5
关键词：聚乙烯,高密度聚乙烯,氯化聚乙烯,JM-1催化剂,Hostalen釜式淤浆工艺,结晶性能,氯化性能
氯化聚乙烯(CPE)是由高密度聚乙烯(HDPE)粉料与氯气进行取代反应而制备的一种饱和高分子树脂,其外观为白色粉末,无毒无味,具有优良的弹性、耐臭氧、耐化学药品腐蚀、耐老化、耐油、阻燃及着色性能,广泛应用于合成树脂改性等领域[1]。氯化用HDPE专用料(以下简称专用料)目前主要采用釜式淤浆工艺生产。
JM-1催化剂是针对Hostalen釜式淤浆工艺开发研制的一种高性能乙烯淤浆聚合催化剂,它具有催化活性高,制备周期短,反应条件温和,催化活性释放平稳,聚合速率衰减缓慢,催化剂粒度按需可调,聚合物堆密度高等特点[2,3],已在中国石油辽阳石化公司(以下简称辽阳石化公司)7万t/a Hostalen釜式淤浆HDPE生产装置上实现了工业应用。由于JM-1催化剂优异的聚合性能及装置适应性,使其不仅提升了产品性能,也降低了装置的能耗和物耗。
本工作采用JM-1催化剂在上述HDPE工业装置上生产出专用料L 0555 P,利用差式扫描量热(DSC)、连续自成核与退火热分级(SSA)等测试手段对其结晶性能进行了分析,并研究了其氯化性能,同时与几种国内外同类专用料进行了对比,旨在为专用料的研发及应用提供基础数据。
1 实验部分①
1.1 专用料
样品1,L 0555 P型专用料,辽阳石化公司采用JM-1催化剂生产。参比专用料:样品2,L 0005 P型,辽阳石化公司采用THB催化剂生产;样品3,CE 6040型,韩国LG公司生产;样品4,N 220 P型,韩国三星公司生产。
1.2 分析表征
熔体流动速率(MFR)按GB/T 3682—2000方法,在美国热电公司制造的MFR仪上进行测定。密度(ρ)按GB/T 1033.2—2008方法测定。蜡质量分数、堆密度(BD)分别按Q/SY LY8012—2013附录B、附录C中规定的方法测定。
利用瑞士梅特勒公司制造的821 e型DSC仪表征样品的结晶性能,分析方法如下:在氮气保护下,先将样品升温至180℃,恒温5 min以消除热历史,然后以10℃/min的速率降温至室温,得到结晶曲线;再以10℃/min的速率升温至180℃,得到熔融曲线。
2 结果与讨论
2.1 专用料L 0555 P的生产情况
采用JM-1催化剂生产专用料L 0555 P的过程处于受控状态,聚合反应温度、压力可调控,聚合物的重要指标可控。聚合系统和母液回收系统无异常变化,聚合浆液和粉末输送顺畅,管线、泵、过滤器无堵塞现象,实现了长周期稳定运行。
2.2 专用料的主要物性
表1列出了4种样品的主要物性指标。
*:测试条件190℃,5 kg砝码;**:5 kg砝码、21.6 kg砝码下测定的MFR之比。
由表1可见:4种样品的MFR,ρ,BD等性质参数基本相近;样品1的蜡质量分数、S值均比样品3和样品4的高。
2.3 DSC测定结果
2.3.1 结晶曲线和熔融曲线
图1示出了4种样品的常规DSC曲线。
由图1可见:4种样品的结晶温度非常接近,熔点也较为接近;就熔程而言,样品4的最小,其他3种样品则相差不大,样品4的熔融峰最窄。
2.3.2 结晶与熔融参数
聚乙烯(PE)是一种部分结晶的聚合物,其结晶相为材料提供刚性和高的软化温度,而非晶相在使用温度下比较柔软,为材料提供柔性和抗冲强度[4]。4种样品的结晶与熔融参数测定结果见表2。
由表2可见:4种样品都具有高熔点、高结晶温度的特点;样品2~样品4的结晶度均高于样品1,其中样品4的结晶度最高,这反映出样品密度存在差异。通常树脂的结晶度越高,密度则越大,与表1中的数据基本对应。
2.4 SSA测定结果
为进一步表征各专用料的结晶性能,对其进行了SSA热分级测定。4种样品的SSA熔融曲线如图2所示。对图2的SSA曲线利用Thomson-Gibbs方程进行计算,得到4种样品的晶片厚度分布曲线(见图3)。
由图2可见:4种样品的热分级熔融峰峰形相差较大,表明其内部分子链结构存在较大的差异;样品1的最高温熔融峰呈1个很宽的大峰,而样品2和样品3的则均显现出1个肩峰,且样品1最高温熔融峰的温度明显比其他3种样品的高,这表明它含有较多的高规整度组分(即长亚甲基序列),在结晶时形成了更厚的晶片。
由图3可见:样品1的晶片厚度分布较宽,形成的晶片也很厚,而其他3种样品在相应较高的温度没有形成较厚晶片;同时,样品2~样品4的晶片厚度分布相对而言较窄,样品2形成的较薄晶片含量较高,厚晶片较少。
2.5 专用料的氯化性能
分别将样品1和国内市场认可度高的样品2、样品3在CPE生产厂进行氯化应用试验。生产工艺条件见表3,CPE产品性质参数见表4。
由表3可见,3种样品生产CPE的工艺条件基本相同,且样品1的氯化压力略低、氯化时间、中和时间及干燥时间均略短。这表明样品1适用于常规的氯化工艺。氯化时间的长短与树脂的粒度形态整齐度及颗粒的内部微孔结构有关[5]。样品1的氯化时间短是由于其粒度形态整齐且颗粒具有丰富的内部微孔结构,在氯化时氯气通过孔道快速扩散,使颗粒的内外部同时发生氯化反应。
由表4可见:3种样品生产的CPE产品其各项性能均符合135 A型CPE的质量指标;样品1所生产CPE的含氯质量分数、热分解温度、残余结晶度与样品2及样品3所生产的CPE基本接近,拉伸强度及断裂伸长率则高于后者;另外,样品1所生产CPE的白度比样品2生产的高,这是由于所使用催化剂性能如活性等的差异所致。
3 结论
a.在7万t/a Hostalen釜式淤浆HDPE工业装置上,采用JM-1催化剂生产出CPE专用料L 0555 P,利用DSC,SSA等测试手段分析了专用料的结晶性能,并与几种国内外同类专用料进行了对比。结果表明,专用料L 0555 P含有较多长亚甲基序列,结晶时形成了更厚的晶片,晶片厚度分布较宽。
b.采用专用料L 0555 P在工业装置上生产CPE,与其他几种参比专用料相比,专用料L 0555 P的氯化压力略低、氯化时间、中和时间及干燥时间均略短;氯化后所制备CPE的拉伸强度、断裂伸长率比参比专用料所制备CPE的高,各项性能均满足135 A型CPE质量指标。
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氯化性能 篇6
本工作采用驯化活性污泥进行微生物耐盐和降解有机氯化物的研究,摸索了耐盐驯化条件,并对氯碱厂的有机废水进行脱除氯化物的处理,采用纯氧曝气法分别对丙酮和二氯乙烷等有机物进行了生物降解研究,以期为污泥驯化和废水处理场改建提供依据。
1 实验部分
1.1 试剂和仪器
丙酮、二氯乙烷、重铬酸钾:分析纯;尿素、磷酸二氢钾:工业级。
ET99718型COD快速测定仪:上海牧晨电子技术有限公司;BA300型光学显微镜:厦门麦克奥迪集团公司;Agilent 6820型气相色谱系统,色谱柱为HP-5MS(30 m×0.32 mm×0.25μm):美国安捷伦科技有限公司;Oxi330i型溶解氧测试仪:德国WTW公司。
1.2 污泥和废水水质
实验用接种污泥为中国石化齐鲁股份有限公司供排水厂乙烯污水处理场纯氧曝气池的剩余污泥。实验用高含盐废水(简称废水)来自某氯碱厂,废水水质见表1。从表1可看出,该废水水质变化大,含盐量较高,Cl-质量浓度高达10 000～18 000 mg/L,水中总溶解性固体(TDS)质量浓度高达18 000～35 000 mg/L。
1.3 污泥驯化工艺流程
污泥驯化工艺流程见图1。
废水经预处理后进入适盐菌纯氧曝气池,该池出水溢流进入二沉池,经过二沉池泥水分离后,出水排放。污泥驯化采用动态逐步增加盐浓度的方法,以减轻瞬间高浓度盐分对污泥中微生物的冲击和毒害。即接种污泥后,开始以低盐浓度进水,在污泥驯化过程以盐浓度和水力负荷作为控制参数,视系统COD去除率和污泥驯化情况逐步提高水力负荷,使微生物具有良好的耐盐性能和对有机物的降解性能,直至污泥驯化基本成熟。污泥驯化过程中按BOD5:m(N):m(P)=100:5:1的质量比加入尿素和磷盐,以满足微生物对营养盐的需求。
1.4 有机氯化物的降解
分别配制一定浓度的二氯乙烷、丙酮水溶液,待污泥驯化成熟后,将其加入到两个并列的纯氧曝气池中,其中一池使用驯化成熟的污泥,另外一池的污泥为直接取自废水处理场的曝气池回流污泥,池子的有效容积均为10 L。运行期间保持溶解氧质量浓度(DO)约为4.0 mg/L,每隔一段时间测定出水中污染物的浓度。
1.5 分析方法
采用COD快速测定仪测定COD[5];采用重量法测定MLSS和MLVSS[6];采用PHS-2型酸度计测定废水pH;采用溶解氧测试仪测定DO。采用气相色谱法[7]分析二氯乙烷、丙酮含量。
2 结果与讨论
2.1 污泥驯化过程污泥理化性质的变化
污泥驯化初期,选择ρ(TDS)为12 000 mg/L作为初始进水盐浓度,水力负荷为0.98 m3/(m3·d)。运行一段时间后,待总体处理效果初步稳定后,再逐步提高水力负荷直至2.95 m3/(m3·d),即达到满负荷运行。满负荷运行稳定后,提高进水中ρ(TDS)和COD,直至达到预定的要求,以考察活性污泥对废水COD去除率的影响。
在污泥驯化期间,污泥质量浓度呈缓慢上升趋势,从初始的4.3 g/L逐步提高到20 d的9.6 g/L,此后,污泥质量浓度基本维持在10 g/L左右。在此期间,污泥指数(SVI)的变化与污泥质量浓度的变化趋于一致,经过40 d的驯化,SVI从初始的22 mL/g逐步提高到48 mL/g,再延长污泥驯化时间,SVI基本维持不变。与一般城市污水活性污泥的SVI为50～150 mL/g相比,本实验的驯化污泥的SVI稍微偏低。这是由于废水中所含高浓度的CaCl2,使污泥中无机物浓度增加,改变了污泥絮体的形态和结构,污泥絮体变得更加密实,导致沉降速度加快,SVI偏低,这与王淑莹等[8]的实验结论类似。
2.2 污泥驯化过程对污泥微生态的影响
在污泥驯化过程中也观察到污泥形态和结构发生了变化。在接种初期,污泥呈灰白色、絮体较小,沉降性能一般。镜检发现,活性污泥所含的微生物种类丰富,菌落形态多样,也伴有钟虫等种属。经过20 d的驯化后,污泥变为黄褐色,沉降性能改善。当停止曝气后,污泥能迅速形成较大的絮状物沉降,沉淀后出水中悬浮物很少,水质较清澈。由于受盐浓度的影响,系统中微生物的生态组成发生了变化;当盐浓度增加后,微生物的种类和数量都变少,微生态变得更加单一,只剩下细小的菌胶团。微生物镜检可看到,污泥中以菌胶团为主,有少量原生动物。这很可能是盐浓度的增加使活性污泥的优势菌属改变,微生物生态系统较多地具有耐盐微生物[9]。污泥驯化前后的显微镜照片见图2和图3。
2.3 污泥驯化时间对废水处理效果的影响
污泥驯化时间对ρ(TDS)和COD去除效果的影响见图4。
●纯氧曝气池进水COD;■ρ(TDS);▲纯氧曝气池出水COD
从图4可看出:驯化后的活性污泥能较好地抵御瞬时高盐度废水的冲击,纯氧曝气池出水的COD浓度变化不大,进水COD平均为631 mg/L,出水COD平均为106 mg/L,COD的平均去除率达到83.2%;实验期间,TDS质量浓度的变化较大,最高TDS质量浓度为50 340 mg/L较其平均质量浓度18 385 mg/L高2.7倍。
2.4 驯化前后活性污泥对丙酮去除率的影响
在进水丙酮平均质量浓度为45.88 mg/L、纯氧曝气的条件下,考察了驯化后活性污泥和未驯化活性污泥对丙酮去除率的影响,实验结果见图5。从图5可看出:在实验选定的时间内,驯化后活性污泥和未驯化活性污泥对丙酮的降解效果有明显的区别;驯化后活性污泥对丙酮的去除率最高达到94.3%,平均去除率为68.3%,运行后期出水的丙酮质量浓度基本在10 mg/L以下;未驯化活性污泥对丙酮的去除率基本小于25%,平均去除率为17.8%。随着运行时间的延长,驯化后活性污泥对丙酮去除率缓慢增大,而未驯化活性污泥对丙酮的去除率则缓慢减小。这表明经过驯化后的活性污泥能适应丙酮存在的环境,其对丙酮的去除能力有所增加,而未经驯化的活性污泥无法适应丙酮存在的环境,其对丙酮的去除能力不断减小,说明经过驯化的活性污泥对丙酮具有很高的反应活性。
●驯化后活性污泥;■未驯化活性污泥
2.5 驯化前后活性污泥对二氯乙烷去除率的影响
在纯氧曝气的条件下,考察了驯化后活性污泥和未驯化活性污泥对二氯乙烷去除率的影响,实验结果见图6。从图6可发现:在第1天,进水中二氯乙烷的质量浓度为7.98 mg/L,经驯化后活性污泥处理后的出水中二氯乙烷质量浓度为2.41 mg/L,二氯乙烷去除率为69.8%;而未驯化活性污泥对二氯乙烷的去除率仅为14.2%;随运行时间的延长,二氯乙烷的质量浓度逐步增大,后期进水中二氯乙烷的质量浓度基本在20 mg/L左右,其后4次(运行时间分别为3,4,8,10 d)驯化后活性污泥对二氯乙烷的去除率均大于84%;随运行时间的延长,未驯化活性污泥对二氯乙烷的去除率呈逐步增大的趋势,从第1天对二氯乙烷的去除率仅14.2%,到第10天进水二氯乙烷质量浓度为20.2 mg/L,未驯化活性污泥对二氯乙烷的去除率达到74.1%。由此可证明,在一定的工艺条件下,该活性污泥经过一定时间的驯化可达到对二氯乙烷去除率逐步提高的效果。实验期间,驯化后活性污泥对二氯乙烷的去除率平均为83.0%,未驯化活性污泥对二氯乙烷的去除率平均为45.7%。
●驯化后活性污泥;■未驯化活性污泥
3 结论
a)在污泥驯化期间TDS平均质量浓度为18 385 mg/L时,控制进水水力负荷为2.95 m3/(m3·d),污泥浓度从初始的4.3 g/L逐步提高到10 g/L左右,SVI基本维持在48 mL/g,微生物逐步适应该水生环境。
b)经过耐盐驯化后活性污泥对丙酮的平均去除率为68.3%,未驯化活性污泥对丙酮的去除率平均为17.8%。经过耐盐驯化的活性污泥对丙酮的降解性能明显优于未驯化活性污泥。
c)经过耐盐驯化的活性污泥对二氯乙烷的去除率平均为83.0%,未驯化活性污泥对二氯乙烷的去除率平均为45.7%。经过驯化的活性污泥对二氯乙烷的降解性能优于未驯化活性污泥。随着实验时间的延长,未驯化活性污泥对二氯乙烷的去除率呈上升趋势,说明通过微生物的驯化,可逐步提高微生物对含氯有机物的降解性能。
摘要：研究了高盐条件下的活性污泥驯化工艺,比较了驯化活性污泥与未经驯化活性污泥对废水中有机氯化物的去除效果。研究结果表明,经驯化后,活性污泥的理化指标发生了改变,对水中丙酮的去除率平均为68.3％,对二氯乙烷的去除率平均为83,0％,均优于未经驯化的活性污泥。这说明在合适的条件下,活性污泥经过耐盐驯化后可提高微生物对水中含氯有机物的适应能力,提高含氯有机物的去除效果。
关键词：活性污泥,驯化,有机氯化物,废水处理
参考文献
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氯化性能 篇7
国内外多晶硅的生产方法主要采用改良西门子法, 即以冶金级硅粉与气相氯化氢反应制得混合氯硅烷。该方法存在高消耗、高能耗与高污染等问题, 每生产一吨多晶硅产品将产生10到20吨的副产物四氯化硅。大量的副产物导致多晶硅企业的环保压力加大, 加之对副产物处置不当, 造成资源浪费, 成本增加, 严重限制了多晶硅产业的发展。
本研究是以江西省赛维ldk太阳能高科技有限公司的副产物四氯化硅为原料, 采用盐溶解水解, 研究副产物四氯化硅的水解工艺。
1 各因素对四氯化硅水解反应的影响
1.1 无机盐的选择
为得到较好的实验效果, 改变反应混合液的过滤性能, 实验选择氯化钠、氯化钾、氯化钙三种无机盐进行对照实验, 其加入量为3g, 搅拌速度为250r/min、水解温度25℃、四氯化硅加入量10g, 四氯化硅以0.4mol·h-1的加料速率滴加在上述反应体系中, 陈化1h, 反应结束后过滤反应混合溶液, 所得固体产品置于烘箱中250℃烘干后分析其比表面积及水解产率, 结果见表1。
由表1可看出:加氯化钠盐的水解产物的过滤时间最短, 其水解产率最高, 比表面积最小;且氯化钠价格在这三种盐中最便宜。从处理副产四氯化硅的产率、生产周期长短及原材料价格等方面来考虑, 优选氯化钠无机盐为最佳反应介质。
1.2 氯化钠浓度对水解反应的影响
固定其他反应条件不变, 仅改变氯化钠的浓度, 其对水解反应的影响结果如图1所示。
由图1可看出:随着氯化钠浓度的增加, 二氧化硅产品的比表面积逐渐降低, 水解产率缓慢增加, 当浓度为4.5mol·L-1时, 产率最高, 比表面积最小;继续增加盐浓度, 产率下降, 比表面积增加, 水解产物的过滤性变差, 适量的氯化钠浓度可以起到很好的分散作用。因此, 实验选择氯化钠浓度在4.5mol·L-1左右。
1.3 温度对水解反应的影响
温度影响化学反应速率, 从而影响产品的比表面积及水解产率。实验固定其他反应条件, 仅改变水解反应温度, 其对水解反应的影响如图2所示。
由图2可知:随着反应温度的升高, 水解产物的比表面积逐渐降低, 当温度升高到45℃时, 比表面变化较小;而反应温度的升高, 水解产率又逐渐降低, 当反应温度超过45℃时, 其产率降低的更为明显。这是因为低温下, 溶液易出现粘壁现象, 导致反应体系不均匀, 生成产品容易团聚。在较高温度下, 团聚作用有所减弱;而四氯化硅的沸点是57.6℃, 过高的温度, 会加快四氯化硅的气化, 导致产率降低。因此, 适宜的反应温度为45℃左右。
1.4 四氯化硅加入量对水解反应的影响
实验固定其他反应条件, 仅改变四氯化硅的加入量, 其对水解反应的影响如图3所示。
从图3可见:随着四氯化硅加入量的增大, 水解产物的比表面积、产率均先升高后降低;当四氯化硅的浓度为1.5mol·L-1时, 比表面为190m2·g-1, 产率接近80%。这是由于四氯化硅加入量较少时, 发生快速反应生成较小颗粒, 然后逐渐长大, 故其比表面积较小;随着加入量的逐渐增大, 会在反应界面上形成一层膜, 使部分四氯化硅被包裹, 致使反应不能充分进行, 从而影响水解产物的过滤性, 所以浓度不宜过高。综合考虑选择四氯化硅加入量为1.5mol·L-1时效果最佳。
1.5 四氯化硅加入速率对水解反应的影响
四氯化硅的加料速率直接决定了二氧化硅生成速率, 从而影响到产品的粒度大小。实验固定其他反应条件, 改变四氯化硅的加料速率, 其对水解反应的影响如图2.4所示。
由图4可知:提高四氯化硅的加料速率, 水解产物的比表面积会逐渐增大, 而水解产率也先增大, 当加料速率达到0.35mol·h-1时, 水解产率基本保持不变。这是因为加料速率过慢, 二氧化硅晶粒生长速度大于成核速度, 可获得粒径大的产品;而加料速率过快, 会使溶液浓度升高过快, 大量晶核瞬间形成, 此时过饱和度偏大, 产品成核速率大于晶核的生长速率, 不能得到均匀的分散体系, 进而不利于晶粒的长大。因此, 选择四氯化硅的加料速率为0.35mol·h-1。
1.6 搅拌速度对四氯化硅水解反应的影响
在化学反应中, 增加搅拌速度, 有利于物质的传质传热过程, 能加快化学反应速度。本实验固定Na Cl溶液浓度为2.5mol·L-1、水解温度为40℃, 研究不同搅拌速度对水解反应的影响, 结果见图5。
由图5可以看出:搅拌速度对四氯化硅的水解产率有一定的影响, 随着搅拌速度的加快, 其水解产率缓慢提高, 搅拌速度达到250r/min时, 四氯化硅的水解产率达到最大值约77%左右;继续提高搅拌速度, 水解产率反而下降。
这是因为当搅拌速度过低时, 反应物之间不能充分混合反应, 反应不完全导致产率不高;而搅拌速度过高后则会破坏已经生成的凝核, 使硅酸凝胶的数量降低。因此反应搅拌速度应控制在250r/min左右。
1.7 试验重复性分析
在上述实验基础上, 选择氯化钠盐浓度为4.5mol·L-1、四氯化硅的加入量为1.5mol·L-1、四氯化硅的加料速率为0.35mol·h-1、反应温度为45℃、控制搅拌速度为250r·min-1、陈化温度与时间分别为45℃和0.5h, 重复上述实验, 拟验证该工艺的稳定性, 结果见图6。
从图6分析可得:在较优条件下重复5次实验所得到的二氧化硅产品的比表面积均在190m2·g-1以上、水解产率均在85%以上, 说明在此实验条件下所制备的产品重现性较好, 工艺参数稳定, 工艺路线可行。
2 水解后产物二氧化硅表征与分析
用分光光度法测试上述重复实验的5个产品的吸光度, 再通过换算得到二氧化硅的硅含量, 结果见表2所示。
通过计算, 得出产品中平均硅含量为9.5614g, 纯度为95.60%。可以满足二氧化硅使用行业的一般需求。
3 结论
(1) 通过对盐溶解水解工艺的系统研究, 完善了盐溶解水解工艺的相关技术参数, 其最佳工艺条件为:氯化钠盐浓度为4.5mol·L-1、四氯化硅的加入量为1.5mol·L-1、四氯化硅的加料速率为0.35mol·h-1、水解反应温度为45℃、控制搅拌速度为250r·min-1、陈化温度与时间分别为45℃和0.5h、热处理温度1000℃。
(2) 在该工艺条件下四氯化硅的水解产率达到85%以上, 所得到的二氧化硅产品纯度在95.60%、比表面积在190m2·g-1以上, 粒度均能过100目, 可满足二氧化硅使用行业的一般需求。由于建材行业需用大量的二氧化硅, 制备建材用二氧化硅是今后的主攻方向, 这样能处理掉大量的多晶硅副产四氯化硅。实现污染物的无公害化处理, 并产生很好的经济效益。
摘要：太阳能作为一种新兴清洁能源备受关注, 而太阳能电池生产主要原材料:多晶硅生产过程中产生的副产物四氯化硅给环境带来巨大的影响。本文主要研究盐溶解水解法中盐溶液种类、浓度、温度、搅拌速度等各因素对水解效果的影响, 并对得到的水解产物二氧化硅进行表征分析。通过对各工艺的研究及优化, 能够很好的对多晶硅副产物四氯化硅进行无害化处理, 并能够将其处理后产物在建材行业进行资源化利用。
