改性濾料的結構材料一般是由載體材料和改性劑兩部分組成,分述如下
(1)改性濾料的數體材料改性濾料載體材料的種類很多,對于載體材料的選擇,現今應用*多的還是硅酸鹽類礦物,如石英砂在水處理領域應用歷史*長,使用*廣泛,因此將石英砂作為改性濾料研制中的載體材料較為普遍,其他可作為改性濾料載體材料的硅酸鹽類礦物還有天然沸石、海泡石,凹凸棒石、橄欖石、陶粒、珍珠巖、用石灰石、蒙脫土、硅藻土等。另外,煙煤、褐煤、纖維球、聚乙烯和玻璃珠等也可作為改性濾料的載體材料
①石英砂,石英砂的物理化學性能符合建設部標準(C24.1-88),其化學成分主要是SO,占到90%以上。SO2是原子晶體,其晶格點上排列著原子,原子之間由共價鍵聯系著,這種作用力特別強,比分子間力強得多,一股具有很高的熔點(1610℃)且很堅硬石英砂是一種比較穩定的硅酸鹽礦物,石英砂顆粒的外形特征和一些由機械作用所形成的坑穴為其表面提供了許多表面吸附位,同時提供了可與吸附劑更好結合的表面性能。應用中為了恢復其表面性能而對石英砂進行表面性質的還原十分重要,實際操作中,石英砂原礦般會經過水選,分級、酸浸等工序來去除其表面的薄膜鐵、黏結及泥性雜質礦物、弱磁性雜質礦物以便恢復礦物表面性質。許多研究表明,石英砂對金屬離子的吸附反應可以用表面配位模式進行擬合,隨著礦物表面離子吸附覆蓋率的改變,金屬離子的結合形態將會發生相應的變化,并因礦物表面和水溶液性質不同而異,可能會以單核吸附、多核吸附或表面沉淀等形式出現闡述硅酸鹽礦物表面特性的理論并不成熟,近年來產生的分形理論也是從對多孔填料的表面粗糙度和微孔結構進行研究來探討多孔填料微觀特征的方法。實際應用中由于理論的不成熟,只能通過試驗的方法來確定水處理材料的性能。石英砂優越的表面結構和與改性劑較強的化學固著力成就了它作為改性濾料載體材料的廣泛應用。
②天然沸石天然沸石是一種含水的堿金屬或堿土金屬的鋁硅酸鹽礦物,具有多孔性篩分性、離子交換性、耐酸性以及對水優越的吸附性能等經過預處理的天然沸石,由于其龐大的表面積、晶體結構的特殊形狀使它對水中的氟離子具有較高的選擇交換性能,沸石經過一定的工藝處理還可以成為性能更強,吸附更加專的分子篩。沸石規整的孔道結構和空間是其他硅酸鹽類礦物所無法比擬的,沸石經金屬氧化物活化或鹽浸漬交換后的處理效果有目共睹,在水處理中作為改性濾料載體材料的可選性非常大。
③海泡石,海泡石作為載體材料的應用也很廣泛,海泡石是一種纖維形態的多孔性鎂質硅酸鹽,具有極大的潛在比表面積,由兩層砝氧四面體片之間夾一層金屬陽離子組成八面體片構成。這種獨特的結構形式使它具有開闊的層間孔道和較大的比表面積,具有吸附離子海泡石除了含有大量的Mg2+之外,在其鍵間的孔道還分布有少量的K+、Ca2和Na和有機物的能力,等陽離子,其斷鍵產生的負電荷也可以吸附陽離子,所以海泡石又具有離子交換的性能,在實際應用中,經過活化后的海泡石在適當的溫度條件下交換效果更加突出。
④凹凸棒石。凹凸棒石是新開發的一種含水富鎂硅酸鹽晶體礦物。它具有獨特的層鏈狀晶體結構和十分細小的晶體形態,在很多方面表現出非常優異的吸附性能,甚至可以達到分子篩的效果。欒兆坤等人做的改性凹凸棒石氧化膜除氟的試驗證明,凹凸棒石在強度和表面吸附位等各方面的性能都非常優越。
其他硅酸鹽礦物的應用如蒙脫石、珍珠巖、一水軟鋁石、蛇紋石等也有所發展。它們的結構特性使分子間作用力加強而易于吸附其他物質,發揮協同處理效果。通過研究礦物表面基團和表面作用機理可以比較深入地探討物質間的反應過程。硅酸鹽類礦物表面分布了較多的表面懸鍵,具有較廣泛的表面吸附位,為極性表面和改性劑提供了結合空間,也是硅酸鹽類礦物作為載體材料廣泛應用的主要原因。