氧化物涂层砂及其涂层理论分析

中国给水 排水 其中 ５０ １ ５号 为 上 海某 水 厂 的 快 滤池 使 用 的 石
英 砂 （ 砂 ） 可 以 明显 看 到 由 机械 形 成 的 Ｖ 形 坑 、 原 ，
Ｎ ．０ ｏ １
绕着一个 Ｆ 原子 ， 氧原子 与 ４个 Ｆ 原子 配位 ） ｅ 每个 ｅ ， 这种水合 的 、 未带表 面电荷 的氧化物如 图 ２所示 。
关 键词 ： 氧 化物 涂层砂 ； 过 滤 ； 涂层 理论 中图分 类号 ：Ｔ ９ ．２ Ｕ９ １ ２ 文献标识 码 ：Ｃ 文章 编号 ：１０ ４ ０ （０ ２ １ —０ ４ ００— ６２ ２ ０ ）０ ０２—０ ３
１ 氧化物涂层砂 的表 面特征
石 英砂和３ 种不同涂层砂电 镜照片见图 １
— — — — — －
＼＞ ｌ。
Ｆ
３ ＯＨ
Ｐ
一 二 、 。 ｎ
Ｕ
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点则需 要提 高 水 中 Ｈ 离 子 浓 度 ， 致 等 电点 向 酸 导
性 方 向移动 。
Ｉ
Ｆ ｅ
当溶 液的 ｐ 值 高于 等 电点 时 （Ｈ＞ｐ ０ ， 氧 Ｈ ｐ Ｈ ）氢
化物表面发生 酸性 离解 ， 导致 表 面 电荷 为负 ， 易吸 附
凹坑或 沟槽 等覆盖 和沉 积 于石 英 砂 表 面 ；５ ２号 为 ５０ 用 碱性 沉 积 法 制 备 的 Ｆ （ Ｏ３ ・ Ｈ Ｏ 涂 层 砂 （ ｅＮ ） ９ ２ Ａ 型涂铁 砂 ） Ｆ （ ０ ） ， ｅ Ｎ ３ 水解 聚合 物均 匀 、 实地沉 积 厚
在石 英 砂 表 面 ， 干 裂 的 淤 泥 状 且 裂 缝 很 多 ；３ ３ 呈 ５ ０
５ ０ ５ ２
５ ０ ３ ３
图 １ 石 英 砂 与 ３ 改性 滤 料 的 电镜 照 片 （ 放 大 ２５ ０倍 ） 种 均 ０
基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学基 金资 助 项 目 （９ ７ ０ １ ５ ６ ８２ ）
・
４ ・ ２
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个 Ｏ
因为将 ＯＨ一 到未 带 电荷 的表 面 而 使 Ｆ 。 加 ｅ 的
阳离子 ； ｐ 当 Ｈ值低 于等 电点时 （Ｈ＜ｐ ０ ， ｐ Ｈ ）氢氧化 物
表 面发生碱性离解 ， 面电荷为正 ， 表 易吸Biblioteka Baidu附阴离子 。
配位 数增 加 到 ７是 不 可能 的 ， 带 负 电荷 的 表 面可 且 能引起 表 面 Ｈ 的 解 吸 附 。在 任 何 情 况 下 ， 验 室 实 的测定 不能 区分 羟基 离子 的吸 附或氢 氧离 子 的解吸
示：
氢氧 化 物 吸 附 阳离 子将 增 加 表 面 正 电荷 的数
量， 为达到 等 电 点 则 需 要 提 高水 中 的 ０ 离 子 浓 Ｈ一
度， 导致等 电点 向碱性 方 向移动 。同理 ， 氧化物 吸 氢
附阴离 子 即增 加 了表 面负 电荷 的数 量 ， 为达 到 等 电
３ Ｈ
滤料 的区别 ， 又可 以看 出用 不 同化 学 药剂 和 不 同 方
Ｆ ｅ
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。
／ ６／ ＞ ＼
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固 体
中水 界 性各面
法制 备的改 性滤 料之 间的差 异 。
图 ２ 未 带 电 荷 的 水 合 氧 化 铁 表 面 示 意 图
２ 氧化物涂层砂 的表 面电荷
李圭 白等 认 为 ， 中金属 氢 氧 化物 最 重要 的 表 水
面物 理化学 特性 是带 电荷 。这 是 水分 子与氢 氧化 物 表 面相互作 用 的结果 。
表 面 电 荷 形 成 的过 程 可 以被 认 为或 者 作 为 对
Ｈ 和 ＯＨ一 离子 的吸 附 过程 ， 者 可 以假 定 为 带 正 或 或 负 电荷 的表 面位 置的离 解作 用 ， 机理 如式 （ ） 其 ２所
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中国给水排 水
ＨＩ ＮＡ ＡＴＥＲ ＆ Ｗ ＡＳ Ｗ ＴＥＷ ＡＴＥＲ Ｎｏ． ０ １
氧 化 物涂 层 砂 及其涂 层 理 论 分析
高乃云 李富生 汤浅晶 ， 徐迪 民 范瑾初 严 煦世 ， ， ， ，
（． １ 同济 大 学 污染控 制与 资 源化研 究 国家重点 实验 室 ，上 海 ２ ０ ９ ；２ 日本 国立岐 ００ ２ ． 阜 大 学 工学部 土木 工 学科 ，岐 阜 市柳 户 １番 １ ０ —１９ ；３ 日本 国 ． ￣ 阜 大 学 流 ，５ １ １ ３ ． ４Ｌ － ￣ － 域 环境研 究 中心 ，岐阜 市柳 户 １ １ ０ —１ ９ ） 番 ，５ １ ３ １
附 。式 （ ） ２ 也解释 了金 属 离子 （ ｅ 为什 么没 有 活 Ｆ。 ）
任何 氧 化 物 表 面都 具有 双 电层 ， 涂在 石 英砂 表
Ｆ
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、 Ｏ
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Ｏ
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ＯＨ
；
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Ｆ ｅ ：
号为采 用 碱 性 沉 积 法 制 备 的 Ａｌｌ・ Ｈ Ｏ 涂 层 砂 Ｃ ６ ２ （ 涂铝 砂 ） 聚 合 物 堆 积 在石 英 砂 表 面 ； ４ ３号 为 采 ， ５０ 用高 温 法 制备 的 Ｆ Ｃ ６ ２ 涂 层 砂 （ 铁 砂 ） 可 ｅ １・ Ｈ Ｏ 涂 ， 见石 英砂表 面被 Ｆ Ｃ 水解 聚合 物 厚厚 地 且较 均 匀 ｅ１ 地覆 盖着 。从 图 ｌ 可 以直观地 看到原 砂 与经涂 层 既
摘 要 ： 通过 扫描 电子 显微镜 照 片的对 比 ， 示 出石 英砂和 由不 同氧 化物 制备 的涂层 砂具 有 显
不 同的表 面特征 。氧 化物涂 层 改 变 了石英砂 的表 面特性 ， 高 了其 等 电点 的 ｐ 值 ， ｐ 值 为 中 提 Ｈ 在 Ｈ 性 时涂 层砂 带有 正 电荷 ， 利 于对水 中带有 负电荷 的各 种 杂质 颗 粒 的吸 附和 过 滤去 除 ； ｐ 值 高 有 当 Ｈ 于涂层 砂等 电点的 ｐ Ｈ值 时则有 利 于对水 中的金 属 阳 离子 等 带正 电荷 物质 的吸 附。