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活性炭與鐵粉對陶瓷膜性能的影響
陶瓷膜由于其熱穩定性、化學穩定性和溶劑穩定性，陶瓷膜長期以來一直用于微濾和超濾。這次講解中，含有不同量活性炭的陶瓷膜由活性炭和氧化鐵粉制成。含有活性炭的陶瓷粘土基復合材料是一種有效的吸附劑，可去除酸性礦山廢水中的鐵和鋁陽離子、鉛以及鎘的重金屬陽離子。
材料選擇和特性
由于上述陶瓷膜去除污染物的多重優勢和有前途的特性，分析陶瓷膜中不同活性炭和氧化鐵粉末含量的影響。使用掃描電子顯微鏡研究活性炭材料的微觀結構。圖1描繪了使用ZnCl2/50vol%在10,000倍放大倍數下活化后的活性炭的孔隙。發現活性炭的孔徑顯示尺寸范圍在0.93μm–1.26μm之間。
圖1：10,000倍放大倍數下活性炭孔尺寸的SEM圖像。
實驗測試
以孔徑、壓降、流動時間和通量為參數，給出去除水中雜質的最佳條件。這些隨后可用于使用陶瓷膜將高度污染的水處理成清潔水。陶瓷膜的燒結溫度保持在900℃，以防止活性炭發生氧化過程，原因是從1200℃開始使用非常高的溫度進行燒結過程會促進氧化并增加陶瓷密度，從而產生在較低的孔隙率。該工作使用長25cm、外徑7cm、內徑5cm的管狀陶瓷膜，如圖2a所示。進料流壓差為1.0、1.5和2.0巴，運行時間分別為15、30、45和60分鐘。水處理工藝實際實驗裝置的流程示意圖如圖2b所示。
圖2：(a)陶瓷膜的示意圖,(b)水處理工藝流程示意圖。
實驗結果
圖3顯示，在運行90分鐘后，在2bar的運行壓差下，達到的最高通量值。基于這些值，已知滲透通量值降低。發生這種情況是由于膜壁上不需要的溶解污染物顆粒堵塞，這些顆粒大于膜孔。這些顆粒堵塞膜表面的孔或卡在孔內。這種膜壁堵塞與濃差極化現象密切相關，在這種現象中，膜壁表面的污染物濃度較高，導致較低的流體流量，而通過膜的污染物最少。也可以在圖3中看到滲透通量隨著較高的操作壓力而增加，這對應于膜操作的驅動力。施加到流過膜的進料流的壓力將導致與膜孔相比顆粒尺寸更小的流體流可以通過膜，而較大的顆粒，例如污染物，將被保留。Fe、Mn、Zn、NH3–N、PO4各污染物從初始濃度1.38、1.30、0.92、0.90、0.93mg/L的總截留率分析結果分別為92.03、97.08、99.67、84.56、87.10%。這些分析結果顯示了這項工作的可喜成果，其中每項總拒絕率都在80%以上。
圖3：在不同的操作時間和壓力下滲透通量。
活性炭與鐵粉對陶瓷膜性能的影響，在水過濾過程中使用含活性炭和氧化鐵粉的復合陶瓷膜可降低Fe、Mn、Zn、NH3–N、PO4污染物濃度，截留率分別為92.03、97.08、99.67、84.56、和87.10%。在運行90分鐘后，在2bar的運行壓差下，每種污染物的滲透通量值隨著操作壓力的增加而增加，這對應于膜操作的驅動力。與膜A和B相比，具有最小活性炭組成的膜C具有最大表面積，這表明膜表面積與膜中包含的活性炭成分成反比關系。
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