泡沫状铜锌合金滤料的制备及其净水性能研究

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铜锌合金滤料因其独特的电化学特征,在水处理方面有得到了广泛的应用。与传统滤料相比,铜锌合金滤料具有使用寿命长,可完全恢复过滤能力;能有效减少或去除水中的氯和重金属、有效控制微生物和水垢;在除铁、降低氟化物、硝酸盐、碳酸盐和硫酸盐等方面也有较好效果;并具有维护方便,综合性能优良等特点。铜锌合金滤料的水处理是通过在表面发生电化学反应而实现的,但传统的铜锌合金滤料KDF55 ,是粒度0.5 3 mm的铜锌合金颗粒,水处理时能有效利用的只是其表面,使用效率不高,而且铜、锌都是有色金属,价格较高,所以,如何有效提高铜锌合金滤料性能是十分有意义的工作。本实验采用电沉积的方法制备出泡沫状铜锌合金滤料,大幅度提高了滤料单位体积的表面积(即比表面积),通过研究了溶液离子Cu2+:Zn2+ (摩尔比)、总浓度(CuSO4·5H2O或者ZuSO4·7H2O)、电压、距离等因素对泡沫状铜锌合金滤料的成分和反应速率的影响,从而得出最佳的泡沫状铜锌合金滤料制备条件:CuSO4·5H2O = 50 g/L ,ZuSO4·7H2O = 47.83 g/L (Cu2+:Zn2+(摩尔比)为1.2:1),C4H4O6KNa·4H2O/(Cu2++Zn2+)(摩尔比)= 1 (酒石酸钾纳= 103.4 g/L ),直流电压= 12 V ,距离d = 40 mm ,pH值= 13 ,NaOH = 32 g/L ,温度= 30℃。在以上最佳制备的条件下制得泡沫状铜锌合金滤料。利用扫描电镜对所制备出的泡沫状铜锌合金滤料的形貌观察表明,其尺寸达到微米级,所得到的铜锌合金表面形貌为疏松泡沫状,空隙率较大。自动物理吸附仪器测定的泡沫状铜锌合金滤料的比表面积为6.68 m2/g ,远高于KDF55的1.02 m2/g ,泡沫状铜锌合金滤料的比表面积是KDF55的比表面积的6倍多。能谱仪(EDS)检测泡沫状铜锌合金滤料的成分表明,当Cu2+:Zn2+(摩尔比)= 1.2:1时,得到的铜锌合金滤料的Cu:Zn(质量比)最接近1:1。X射线衍射分析泡沫状铜锌合金滤料的晶体结构,结果表明泡沫状铜锌合金滤料属于多相混合物。制备出的泡沫状铜锌合金滤料的密度为仅仅是KDF55的3 %左右,1 g的泡沫状铜锌合金滤料和32 g的KDF55 ,分别装在相同的内径为27 mm的过滤器当中,此时两种滤料高度均为19 mm。泡沫状铜锌合金滤料和的KDF55进行的除余氯测试结果表明,1 g泡沫状铜锌合金滤料对余氯的去除率仍然高于32 g的KDF55,去除率高出4.0 % 29.3 %。泡沫状铜锌合金滤料和的KDF55进行的除六价铬离子Cr6+测试结果表明,1 g泡沫状铜锌合金滤料对六价铬离子Cr6+的去除率仍然高于32 g的KDF55 ,去除率高出13.3 % 23.0 %。泡沫状铜锌合金滤料和的KDF55进行的除铅离子Pb2+测试结果表明,1 g的泡沫状铜锌合金滤料对铅离子Pb2+的去除率仍然高于32 g的KDF55 ,去除率高出2.4 % 15.1 %。泡沫状铜锌合金滤料低密度以及优异的去除余氯和去除重金属性能,可使得处理同样数量的水所使用的铜锌重量大幅度降低,这就可以大幅度减少滤料使用量,从而大幅度降低水处理成本。
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