改性濾料強化過濾去除水中典型工程納米顆粒的研究

《改性濾料強化過濾去除水中典型工程納米顆粒的研究》是依託南京航空航天大學，由劉可擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：改性濾料強化過濾去除水中典型工程納米顆粒的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉可
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

基於工程納米顆粒（ENPs）的毒性效應和環境效應所帶來的飲用水水質安全問題，以及常規濾料過濾去除ENPs的有限性，本項目擬採用微波輔助製備載鐵石英砂強化過濾去除水中ENPs。具體內容包括：（1）製備改性濾料並對其表面特性進行表征，探討不同製備條件對改性濾料表面特性的影響；（2）考察製備條件對改性濾料去除ENPs的影響，確定最佳製備條件，並分析ENPs去除效率與濾料表面特性之間的關係；（3）研究過濾參數和水化學條件對改性濾料過濾去除ENPs的影響，揭示影響ENPs去除的關鍵因素，最佳化過濾工藝參數；（4）通過DLVO理論、濾料表面覆蓋度以及吸附效率計算，並結合水中ENPs的穩定性，闡明過濾去除ENPs的機理。本項目的研究可以為有效地控制工程納米顆粒，保障飲用水水質安全提供理論依據和技術指導。

結題摘要

針對納米TiO2顆粒的毒性效應和環境效應所帶來的飲用水水質安全問題，以及常規工藝混凝-沉澱-過濾去除納米TiO2顆粒的有限性，本項目研究了微波輔助製備載鐵石英砂強化過濾去除水中納米TiO2顆粒的效能。具體內容包括：採用微波輔助的方法製備了載鐵石英砂，並對其製備條件進行了最佳化，表征分析了其表面的物理化學性能；確定了改性濾料過濾去除納米TiO2顆粒的運行參數，揭示了影響納米TiO2顆粒去除的關鍵因素；考察了水體中納米TiO2顆粒的穩定性及水質條件對納米TiO2顆粒穩定性的影響；研究了不同水質條件下混凝過濾聯合工藝對水中納米TiO2顆粒的去除效能並探討其影響機制。為有效地控制納米TiO2顆粒，保障飲用水水質安全提供了理論依據和技術指導。 研究結果表明：採用微波輔助製備載鐵石英砂的最佳製備條件為改性劑Fe(NO3)3濃度為2mol/L，pH=1，煅燒溫度500℃，煅燒時間2h，微波輻照強度低中檔，輻照時間5min。改性後的石英砂物理化學穩定性良好，覆鐵量為20.6mg/g，比表面積是天然石英砂的3.64倍，改性石英砂的等電點為7.8，其對納米TiO2顆粒的去除效果優於天然石英砂；再生濾料比一次濾料處理效果有所下降，但仍優於天然石英砂；納米TiO2顆粒的去除效果隨著過濾速度的增大而降低。在考察範圍內，納米TiO2顆粒的平均有效粒徑為220.6nm，零點電位為6.2。納米TiO2的穩定性隨溶液pH偏離其等電點的程度而增加；離子強度的增加使得納米TiO2的穩定性變差；腐殖酸的加入提高了納米TiO2的穩定性。通過考察混凝過濾聯合工藝去除納米TiO2顆粒，結果表明混凝過程對納米TiO2顆粒的去除作用較大，混凝過濾聯合工藝可顯著降低水中納米TiO2顆粒的濃度；腐殖酸的存在可降低混凝過濾聯合工藝去除納米TiO2顆粒的效率，且天然有機物濃度越高，處理效果越差；Ca2+的存在可提高混凝過濾聯合工藝去除納米TiO2顆粒的效率。