活性炭与铁粉对陶瓷膜性能的影响

　　陶瓷膜由于其热稳定性、化学稳定性和溶剂稳定性，陶瓷膜长期以来一直用于微滤和超滤。这次讲解中，含有不同量活性炭的陶瓷膜由活性炭和氧化铁粉制成。含有活性炭的陶瓷粘土基复合材料是一种有效的吸附剂，可去除酸性矿山废水中的铁和铝阳离子、铅以及镉的重金属阳离子。

　　材料选择和特性

　　由于上述陶瓷膜去除污染物的多重优势和有前途的特性，分析陶瓷膜中不同活性炭和氧化铁粉末含量的影响。使用扫描电子显微镜研究活性炭材料的微观结构。图1描绘了使用ZnCl2/50vol%在10,000倍放大倍数下活化后的活性炭的孔隙。发现活性炭的孔径显示尺寸范围在0.93μm–1.26μm之间。

　　图1：10,000倍放大倍数下活性炭孔尺寸的SEM图像。

　　实验测试

　　以孔径、压降、流动时间和通量为参数，给出去除水中杂质的最佳条件。这些随后可用于使用陶瓷膜将高度污染的水处理成清洁水。陶瓷膜的烧结温度保持在900℃，以防止活性炭发生氧化过程，原因是从1200℃开始使用非常高的温度进行烧结过程会促进氧化并增加陶瓷密度，从而产生在较低的孔隙率。该工作使用长25cm、外径7cm、内径5cm的管状陶瓷膜，如图2a所示。进料流压差为1.0、1.5和2.0巴，运行时间分别为15、30、45和60分钟。水处理工艺实际实验装置的流程示意图如图2b所示。

　　图2：(a)陶瓷膜的示意图,(b)水处理工艺流程示意图。

　　实验结果

　　图3显示，在运行90分钟后，在2bar的运行压差下，达到的最高通量值。基于这些值，已知渗透通量值降低。发生这种情况是由于膜壁上不需要的溶解污染物颗粒堵塞，这些颗粒大于膜孔。这些颗粒堵塞膜表面的孔或卡在孔内。这种膜壁堵塞与浓差极化现象密切相关，在这种现象中，膜壁表面的污染物浓度较高，导致较低的流体流量，而通过膜的污染物最少。也可以在图3中看到渗透通量随着较高的操作压力而增加，这对应于膜操作的驱动力。施加到流过膜的进料流的压力将导致与膜孔相比颗粒尺寸更小的流体流可以通过膜，而较大的颗粒，例如污染物，将被保留。Fe、Mn、Zn、NH3–N、PO4各污染物从初始浓度1.38、1.30、0.92、0.90、0.93mg/L的总截留率分析结果分别为92.03、97.08、99.67、84.56、87.10%。这些分析结果显示了这项工作的可喜成果，其中每项总拒绝率都在80%以上。

　　图3：在不同的操作时间和压力下渗透通量。

　　活性炭与铁粉对陶瓷膜性能的影响，在水过滤过程中使用含活性炭和氧化铁粉的复合陶瓷膜可降低Fe、Mn、Zn、NH3–N、PO4污染物浓度，截留率分别为92.03、97.08、99.67、84.56、和87.10%。在运行90分钟后，在2bar的运行压差下，每种污染物的渗透通量值随着操作压力的增加而增加，这对应于膜操作的驱动力。与膜A和B相比，具有最小活性炭组成的膜C具有最大表面积，这表明膜表面积与膜中包含的活性炭成分成反比关系。