硫酸铝混凝去除纳米TiO2的效能及影响因素分析

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随着纳米技术的飞速发展,人工合成纳米材料种类和数量日益增多。纳米材料在日常生活中得到了广泛应用,不可避免会有部分纳米材料流入生态环境。目前大量研究表明,纳米材料能对生物体诱发生理毒性,一旦这些材料通过各种循环进入人体内,会给人类健康造成巨大威胁。水作为生命之源,饮用水安全至关重要。然而目前的饮用水处理工艺很少关注纳米颗粒的去除,水质标准中未对纳米颗粒进行限量。为了解常规水处理后,水体中纳米颗粒的残留及其对水质的影响,本文选用纳米TiO2粒子作为目标污染物,硫酸铝作为絮凝剂,考察了混凝条件,腐殖酸和表面活性剂对混凝去除纳米TiO2的影响。本文意在确定无机铝盐对纳米粒子的去除效能,研究纳米粒子在混凝过程中的迁移转化规律。研究结果表明在原水条件下,快搅阶段速度梯度G值高,有利于微絮体的形成和生长,但搅拌时间不宜过长。慢搅阶段G值过高或高低均造成出水浊度升高。硫酸铝对纳米TiO2的电中和能力很强,合适的水质条件下,纳米TiO2能被有效的去除,40mg/L的硫酸铝使纳米TiO2的去除率高达95.8%。水体pH值和碱度通过影响铝盐的水解聚合形态和纳米TiO2表面电位影响纳米粒子的混凝去除,在原水条件下,最佳pH范围为6.79.0之间。在最佳pH范围内,铝盐对纳米TiO2的混凝机理为吸附电中和和网捕卷扫共同作用。共存阴离子(H2PO4-、SiO32-、 SO42-和NO3-)对混凝的影响差别较大,H2PO4-和SiO32-表现为先促进后抑制,SO42-表现为抑制,NO3-无影响作用。共存阳离子(Na+、NH4+、Ca2+和Mg2+)对混凝影响很小,Ca2+、Mg2+能通过压缩双电层降低粒子表面电位,促进纳米TiO2的去除,NH4+对混凝的抑制作用最大。在原水条件下,低浓度腐殖酸能抑制纳米TiO2的去除,而高浓度腐殖酸促进纳米粒子的混凝去除。十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)均不利于纳米TiO2的去除,SDBS的抑制作用强于CTAB。SDBS对混凝的影响表现为先抑制,后促进,再抑制。腐植酸和CTAB能通过吸附作用改变纳米TiO2表面电位,Mastersize2000测定絮体在线生长显示腐植酸和SDBS对絮体的生长影响很大,FT-IR光谱表明腐植酸和SDBS能降低羟基铝的聚合度,XRD图谱说明铝盐混凝絮体为无定型态结构,混凝过程不会造成纳米TiO2结构破坏。
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