CN112807847A - 一种具有优异亲油疏水性的石英砂滤料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有优异亲油疏水性的石英砂滤料及其制备方法，所述石英砂滤料是将石英砂通过表面改性液进行表面改性，然后再通过自组装液进行分子膜的自组装，最后通过铁铜改性液进行复合改性，得到所述石英砂滤料；所述表面改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：无水乙醇390‑400份、三(羟甲基)氨基甲烷25‑28份、纳米氧化锌1.5‑1.6份、盐酸多巴胺0.002‑0.003份；所述自组装液，按质量份数计，主要由以下组分构成：偶联剂5‑20份、溶剂80‑100份。本发明所述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料及其制备方法，配方设置合理，制得了表面粗糙度高、具有超疏水表面、优异亲油性、除油效率高、对水中微污染物具有去除能力的石英砂滤料，制备工艺简单，易于大规模生产，应用前景广泛。

Description

一种具有优异亲油疏水性的石英砂滤料及其制备方法
技术领域
本发明属于石英砂技术领域，具体涉及一种具有优异亲油疏水性的石英砂滤料及其制备方法。
背景技术
石英砂滤料作为自然界中广泛存在的一类无机颗粒，其表面硬度高、机械稳定性强、截污性能好，价格低廉且购置方便，是一种常用的处理污水的天然过滤材料。随着我国工业技术的不断发展，在日常生活及工业生产中随着油类物质及有机溶剂的使用目渐频繁，废油的产生规模与日剧增，但受限于工业生产技术的发展滞后，生产排放过程管理水平的不足等原因使得大量油类物质及有机溶剂进入水体，形成含油废水。含油废水会污染各类水资源，造成大气环境的破坏，污染.土地土壤进而对农作物生产产生不利影响，造成的诸多环境问题最终反作用于人类的经济生产、日常生活。目前，因经济条件及技术因素等限制，含油废水难以彻底实现达标排放。
目前，石英砂滤料因表面富含羟基而造成其具有一定的亲水性，因表面积较小而对水体中的各类油分吸附能力较弱，因此天然石英砂滤料在处理含油废水方面具有一定的不足与欠缺，为了满足石英砂滤料处理含油废水的需要，可对石英砂滤料进行表面改性，提高石英砂滤料表面的粗糙度，降低其表面自由能，改变其表面润湿性，获得过滤过程中所需要的超疏水超亲油石英砂滤料。因此，需要研发出一种具有优异亲油疏水性的石英砂滤料及其制备工艺，以来解决上述技术问题。
中国专利申请号为CN201510712913.0公开了一种新型金属氧化物铁铜复合改性石英砂滤料及其制备方法和应用，是通过以三氯化铁和硫酸铜为改性剂，同时采用微波技术对石英砂进行改性，石英砂滤料的亲油疏水性需要进一步的提高。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种具有优异亲油疏水性的石英砂滤料及其制备方法，配方设置合理，制得了表面粗糙度高、具有超疏水表面、优异亲油性、除油效率高、对水中微污染物具有去除能力的石英砂滤料，制备工艺简单，易于大规模生产，应用前景广泛。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，所述石英砂滤料是将石英砂通过表面改性液进行表面改性，然后再通过自组装液进行分子膜的自组装，最后通过铁铜改性液进行复合改性，得到所述石英砂滤料；所述表面改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：无水乙醇390-400份、三(羟甲基)氨基甲烷25-28份、纳米氧化锌1.5-1.6份、盐酸多巴胺0.002-0.003份；所述自组装液，按质量份数计，主要由以下组分构成：偶联剂5-20份、溶剂80-100份；所述偶联剂为十八烷基三氯硅烷与十三烷酸、钛酸酯偶联剂DN101、硅烷偶联剂KH550、铝酸酯偶联剂DL411中的一种；所述铁铜改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：FeCl3·6H2O溶液60～80份、CuSO4-5H2O溶液25-35份。
本发明所述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，配方设置合理，对石英砂依次进行了表面改性、分子膜的自组装、复合改性的处理，制得了表面粗糙度高、具有超疏水表面、优异亲油性、除油效率高、对水中微污染物具有去除能力的石英砂滤料，应用前景广泛。
其中，本发明是通过表面改性液进行表面改性，通过盐酸多巴胺的强黏附能力，在石英砂表面自聚合生成一层聚多巴胺层，聚多巴胺因共价键和非共价键的协同作用可以将纳米氧化锌颗粒牢固黏附在聚多巴胺层的表面，因为纳米氧化锌在石英砂表面产生黏附、团聚现象，使得石英砂表面形成微纳米结构，纳米氧化锌颗粒形成的微纳米结构与聚多巴胺层的粗糙结构的协同作用，大大提高了石英砂表面的粗糙度。
在此基础上，采用偶联剂、溶剂组成的低表面能物质继续对石英砂表面进行修饰，因为石英砂滤料表面具有大量以Si-OH形式存在的羟基，为缩合反应提供了条件，最后能形成以Si-O-Si的形式在石英砂表面形成一层具有二维有序单分子膜，降低了石英砂表面的自由能增大了界面张力，对与石英砂表面接触的水造成很强的反向毛细管力，在反向毛细管力的作用下而产生超疏水的性能，并且该分子膜中分子呈有序紧密排布，空气进入分子膜粗糙结构的孔隙中，同时因表面的自由能降低，因此使得与石英砂表面水与固相的实际接触面积小于表观面积，也增强了石英砂的疏水能力，提高了亲油性，从而提高除油效率。
在此基础上，通过铁铜改性液，进一步在石英砂表面附着的Fe2O3、CuO，增加了石英砂表面的正电性，使得石英砂对水中负价态的有机污染物有良好的吸附效果，特别是对腐殖酸和磷的去除效果优异。
进一步的，上述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，所述偶联剂为十八烷基三氯硅烷、十三烷酸，所述溶剂为无水乙醇；所述十八烷基三氯硅烷、十三烷酸溶解在无水乙醇中。
将石英砂滤料加入十八烷基三氯硅烷、十三烷酸的乙醇溶液中后，十八烷基三氯硅烷、十三烷酸与石英砂表面存在的痕量水发生水解反应，其中Si-Cl键中的-Cl被替换为-OH，形成Si-OH，然后Si-OH可与石英砂表面大量存在的-OH基团发生缩聚反应，以Si-O-Si的形式在石英砂表面形成一层具有二维有序单分子膜。
进一步的，上述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂DN101，所述溶剂为异丙醇；所述钛酸酯偶联剂DN101溶解在异丙醇中。
将石英砂滤料加入钛酸酯偶联剂DN101的异丙醇中后，醇解后的钛酸酯偶联剂DN101与石英砂表面大量存在的-OH基团发生反应，钛酸酯偶联剂DN101上的长链有机基团通过Si-O-Ti和Si-O-P被接枝到石英砂的表面，在石英砂表面形成一层具有二维有序单分子膜。
进一步的，上述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述溶剂为去离子水和无水乙醇的混合液；所述硅烷偶联剂KH550溶解在去离子水和无水乙醇的混合液中。
将石英砂滤料加入硅烷偶联剂KH550的乙醇溶液中，水解后的硅烷偶联剂KH550生成的硅醇与石英砂大量存在的-OH基团发生缩合反应，经缩合反应后，硅烷偶联剂KH550的氨丙基通过Si-O-Si键接枝到石英砂表面，在石英砂表面形成一层具有二维有序单分子膜。
进一步的，上述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂DL411，所述溶剂为无水乙醇；所述铝酸酯偶联剂DL411溶解在无水乙醇中。
将石英砂滤料加入铝酸酯偶联剂DL411的乙醇溶液中，醇解后的铝酸酯偶联剂DL411的RO-基团为与无机表面活泼质子或官能团作用的基团，可与石英砂表面的痕量水或-OH基团进行反应，从而包覆上一层与有机物具有很好亲和性的官能团—OCOR＇，在石英砂表面形成一层具有二维有序单分子膜。
进一步的，上述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，所述石英砂是采用20-30目的不锈钢钢筛筛选出粒径为0.55～0.83mm的石英砂；所述纳米氧化锌的平均粒径为50-60nm；所述FeCl3·6H2O溶液为2mol/L；所述CuSO4-5H2O溶液为0.5mol/L。
本发明还涉及所述具有优异亲油疏水性的石英砂滤料的制备方法，包括以下步骤：
(1)石英砂的预处理：用20-30目的不锈钢钢筛筛选出粒径为0.55～0.83mm的石英砂，用去离子水反复清洗至不再浑浊，然后放入真空干燥箱100-110℃下烘干10-15h；冷却后再将石英砂在1mol/L的硝酸溶液中浸泡20-24h，再用无水乙醇浸泡30min，最后水洗烘干待用；
(2)表面改性：按照所述配方，将三(羟甲基)氨基甲烷溶解在无水乙醇中，得到三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液，再将纳米氧化锌、盐酸多巴胺加入上述三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液中溶解，得到表面改性液；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中进行表面改性；
(3)分子膜的自组装：按照所述配方，将偶联剂溶解在溶剂中，得到自组装液；将上述表面改性后的石英砂放入自组装液中，自组装液完全淹没石英砂，置于90-120℃的恒温水浴锅中，电动搅拌10-15min后取出，在80-120℃下干燥2-3h，冷却后用水浸泡20-24h，再水洗3-5次，最后在90-100℃下烘干；
(4)铁铜复合改性：按照所述配方，将FeCl3·6H2O溶液、CuSO4-5H2O溶液与上述石英砂混合，搅拌后沉积10～12h，结束将石英砂取出置于微波炉体内，在800-1000W的微波功率下微波加热0.5～1.0h，取出后冷却至室温，用蒸馏水洗去石英砂表面未负载上的铁铜改性液，再置于100-120℃烘箱中烘干，得到所述石英砂滤料。
进一步的，上述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料的制备方法，所述表面改性，具体包括如下步骤：将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中，采用超声波清洗器以40-60Khz超声分散3-6min，然后恒温搅拌器以600-800rpm的转速搅拌12-18h，取出后放置在烘箱在80-100℃下烘干；采用恒温搅拌器以600-800rpm的转速搅拌1-2h，取出后放置在在烘箱中在80-100℃下烘干，得到表面改性后的石英砂。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明公开的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，配方设置合理，对石英砂依次进行了表面改性、分子膜的自组装、复合改性的处理，制得了表面粗糙度高、具有超疏水表面、优异亲油性、除油效率高、对水中微污染物具有去除能力的石英砂滤料，应用前景广泛；
(2)本发明公开的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料的制备方法，制备方法简单且具有很高的灵活性，可以用于大规模的生产，具有较好的经济性，应用前景广泛。
具体实施方式
下面将实施例结合具体实验数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
以下实施例提供了一种具有优异亲油疏水性的石英砂滤料及其制备方法，所述石英砂滤料是将石英砂通过表面改性液进行表面改性，然后再通过自组装液进行分子膜的自组装，最后通过铁铜改性液进行复合改性，得到所述石英砂滤料；所述表面改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：无水乙醇390-400份、三(羟甲基)氨基甲烷25-28份、纳米氧化锌1.5-1.6份、盐酸多巴胺0.002-0.003份；所述自组装液，按质量份数计，主要由以下组分构成：偶联剂5-20份、溶剂80-100份；所述偶联剂为十八烷基三氯硅烷与十三烷酸、钛酸酯偶联剂DN101、硅烷偶联剂KH550、铝酸酯偶联剂DL411中的一种；所述铁铜改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：FeCl3·6H2O溶液60～80份、CuSO4-5H2O溶液25-35份。
进一步的，所述偶联剂为十八烷基三氯硅烷、十三烷酸，所述溶剂为无水乙醇；所述十八烷基三氯硅烷、十三烷酸溶解在无水乙醇中。
进一步的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂DN101，所述溶剂为异丙醇；所述钛酸酯偶联剂DN101溶解在异丙醇中。
进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述溶剂为去离子水和无水乙醇的混合液；所述硅烷偶联剂KH550溶解在去离子水和无水乙醇的混合液中。
进一步的，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂DL411，所述溶剂为无水乙醇；所述铝酸酯偶联剂DL411溶解在无水乙醇中。
进一步的，所述石英砂是采用20-30目的不锈钢钢筛筛选出粒径为0.55～0.83mm的石英砂；所述纳米氧化锌的平均粒径为50-60nm；所述FeCl3·6H2O溶液为2mol/L；所述CuSO4-5H2O溶液为0.5mol/L。
实施例1
(1)石英砂的预处理：用20-30目的不锈钢钢筛筛选出粒径为0.55～0.83mm的石英砂，用去离子水反复清洗至不再浑浊，然后放入真空干燥箱110℃下烘干12h；冷却后再将石英砂在1mol/L的硝酸溶液中浸泡20h，再用无水乙醇浸泡30min，最后水洗烘干待用；(2)表面改性：按照所述配方，所述表面改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：无水乙醇395份、三(羟甲基)氨基甲烷25份、纳米氧化锌1.58份、盐酸多巴胺0.0025份；将三(羟甲基)氨基甲烷溶解在无水乙醇中，得到三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液，再将纳米氧化锌、盐酸多巴胺加入上述三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液中溶解，得到表面改性液；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中进行表面改性；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中，采用超声波清洗器以50Khz超声分散6min，然后恒温搅拌器以600rpm的转速搅拌14h，取出后放置在烘箱在100℃下烘干；采用恒温搅拌器以800rpm的转速搅拌1.5h，取出后放置在在烘箱中在90℃下烘干，得到表面改性后的石英砂；
(3)分子膜的自组装：按照所述配方，所述自组装液，按质量份数计，主要由以下组分构成：十八烷基三氯硅烷10份、十三烷酸1.5份、无水乙醇79份；将十八烷基三氯硅烷、十三烷酸溶解在无水乙醇中，得到自组装液；将上述表面改性后的石英砂放入自组装液中，自组装液完全淹没石英砂，置于100℃的恒温水浴锅中，电动搅拌12min后取出，在100℃下干燥2h，冷却后用水浸泡20h，再水洗3-5次，最后在90℃烘干；
(4)铁铜复合改性：按照所述配方，所述铁铜改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：FeCl3·6H2O溶液60份、CuSO4-5H2O溶液25份；将FeCl3·6H2O溶液、CuSO4-5H2O溶液与上述石英砂混合，搅拌后沉积10h，结束将石英砂取出置于微波炉体内，在800-W的微波功率下微波加热0.5h，取出后冷却至室温，用蒸馏水洗去石英砂表面未负载上的铁铜改性液，再置于100℃烘箱中烘干，得到所述石英砂滤料。
实施例2
(1)石英砂的预处理：用20-30目的不锈钢钢筛筛选出粒径为0.55～0.83mm的石英砂，用去离子水反复清洗至不再浑浊，然后放入真空干燥箱100℃下烘干10h；冷却后再将石英砂在1mol/L的硝酸溶液中浸泡20h，再用无水乙醇浸泡30min，最后水洗烘干待用；
(2)表面改性：按照所述配方，所述表面改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：无水乙醇395份、三(羟甲基)氨基甲烷28份、纳米氧化锌1.59份、盐酸多巴胺0.003份；将三(羟甲基)氨基甲烷溶解在无水乙醇中，得到三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液，再将纳米氧化锌、盐酸多巴胺加入上述三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液中溶解，得到表面改性液；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中进行表面改性；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中，采用超声波清洗器以60Khz超声分散6min，然后恒温搅拌器以650rpm的转速搅拌12h，取出后放置在烘箱在90℃下烘干；采用恒温搅拌器以600rpm的转速搅拌2h，取出后放置在在烘箱中在100℃下烘干，得到表面改性后的石英砂；
(3)分子膜的自组装：按照所述配方，所述自组装液，按质量份数计，主要由以下组分构成：钛酸酯偶联剂DN101 15份、异丙醇78.5份；将钛酸酯偶联剂DN101溶解在异丙醇中，得到自组装液；将上述表面改性后的石英砂放入自组装液中，自组装液完全淹没石英砂，置于90℃的恒温水浴锅中，电动搅拌15min后取出，在100℃下干燥2h，冷却后用水浸泡20h，再水洗3-5次，最后在100℃下烘干；
(4)铁铜复合改性：按照所述配方，所述铁铜改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：FeCl3·6H2O溶液70份、CuSO4-5H2O溶液30份；将FeCl3·6H2O溶液、CuSO4-5H2O溶液与上述石英砂混合，搅拌后沉积12h，结束将石英砂取出置于微波炉体内，在1000W的微波功率下微波加热0.6h，取出后冷却至室温，用蒸馏水洗去石英砂表面未负载上的铁铜改性液，再置于110℃烘箱中烘干，得到所述石英砂滤料。
实施例3
(1)石英砂的预处理：用20-30目的不锈钢钢筛筛选出粒径为0.55～0.83mm的石英砂，用去离子水反复清洗至不再浑浊，然后放入真空干燥箱100℃下烘干12h；冷却后再将石英砂在1mol/L的硝酸溶液中浸泡22h，再用无水乙醇浸泡30min，最后水洗烘干待用；
(2)表面改性：按照所述配方，所述表面改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：无水乙醇395份、三(羟甲基)氨基甲烷25份、纳米氧化锌1.54份、盐酸多巴胺0.0028份；将三(羟甲基)氨基甲烷溶解在无水乙醇中，得到三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液，再将纳米氧化锌、盐酸多巴胺加入上述三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液中溶解，得到表面改性液；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中进行表面改性；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中，采用超声波清洗器以60Khz超声分散4min，然后恒温搅拌器以700rpm的转速搅拌12h，取出后放置在烘箱在100℃下烘干；采用恒温搅拌器以600rpm的转速搅拌1.5h，取出后放置在在烘箱中在100℃下烘干，得到表面改性后的石英砂；
(3)分子膜的自组装：按照所述配方，所述自组装液，按质量份数计，主要由以下组分构成：硅烷偶联剂KH55015份、去离子水和无水乙醇的混合液79份；将硅烷偶联剂KH55015溶解在去离子水和无水乙醇的混合液中，得到自组装液；将上述表面改性后的石英砂放入自组装液中，自组装液完全淹没石英砂，置于100℃的恒温水浴锅中，电动搅拌10min后取出，在100℃下干燥2h，冷却后用水浸泡20h，再水洗3-5次，最后在90℃下烘干；
(4)铁铜复合改性：按照所述配方，所述铁铜改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：FeCl3·6H2O溶液65份、CuSO4-5H2O溶液25份；将FeCl3·6H2O溶液、CuSO4-5H2O溶液与上述石英砂混合，搅拌后沉积12h，结束将石英砂取出置于微波炉体内，在800W的微波功率下微波加热1.0h，取出后冷却至室温，用蒸馏水洗去石英砂表面未负载上的铁铜改性液，再置于100℃烘箱中烘干，得到所述石英砂滤料。
实施例4
(1)石英砂的预处理：用20-30目的不锈钢钢筛筛选出粒径为0.55～0.83mm的石英砂，用去离子水反复清洗至不再浑浊，然后放入真空干燥箱110℃下烘干12h；冷却后再将石英砂在1mol/L的硝酸溶液中浸泡20h，再用无水乙醇浸泡30min，最后水洗烘干待用；
(2)表面改性：按照所述配方，所述表面改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：无水乙醇395份、三(羟甲基)氨基甲烷28份、纳米氧化锌1.6份、盐酸多巴胺0.0026份；将三(羟甲基)氨基甲烷溶解在无水乙醇中，得到三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液，再将纳米氧化锌、盐酸多巴胺加入上述三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液中溶解，得到表面改性液；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中进行表面改性；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中，采用超声波清洗器以60Khz超声分散6min，然后恒温搅拌器以600rpm的转速搅拌15h，取出后放置在烘箱在90℃下烘干；采用恒温搅拌器以800rpm的转速搅拌1.4h，取出后放置在在烘箱中在90℃下烘干，得到表面改性后的石英砂；
(3)分子膜的自组装：按照所述配方，所述自组装液，按质量份数计，主要由以下组分构成：铝酸酯偶联剂DL411 20份、无水乙醇79份；将铝酸酯偶联剂DL411溶解在无水乙醇中，得到自组装液；将上述表面改性后的石英砂放入自组装液中，自组装液完全淹没石英砂，置于90℃的恒温水浴锅中，电动搅拌12min后取出，在100℃下干燥3h，冷却后用水浸泡24h，再水洗3-5次，最后在100℃下烘干；
(4)铁铜复合改性：按照所述配方，所述铁铜改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：FeCl3·6H2O溶液70份、CuSO4-5H2O溶液30份；将FeCl3·6H2O溶液、CuSO4-5H2O溶液与上述石英砂混合，搅拌后沉积10h，结束将石英砂取出置于微波炉体内，在800W的微波功率下微波加热0.5h，取出后冷却至室温，用蒸馏水洗去石英砂表面未负载上的铁铜改性液，再置于120℃烘箱中烘干，得到所述石英砂滤料。
实施例5
(1)石英砂的预处理：用20-30目的不锈钢钢筛筛选出粒径为0.55～0.83mm的石英砂，用去离子水反复清洗至不再浑浊，然后放入真空干燥箱100℃下烘干12h；冷却后再将石英砂在1mol/L的硝酸溶液中浸泡20h，再用无水乙醇浸泡30min，最后水洗烘干待用；
(2)表面改性：按照所述配方，所述表面改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：无水乙醇395份、三(羟甲基)氨基甲烷25份、纳米氧化锌1.56份、盐酸多巴胺0.002份；将三(羟甲基)氨基甲烷溶解在无水乙醇中，得到三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液，再将纳米氧化锌、盐酸多巴胺加入上述三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液中溶解，得到表面改性液；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中进行表面改性；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中，采用超声波清洗器以60Khz超声分散5min，然后恒温搅拌器以600rpm的转速搅拌12h，取出后放置在烘箱在100℃下烘干；采用恒温搅拌器以600rpm的转速搅拌2h，取出后放置在在烘箱中在100℃下烘干，得到表面改性后的石英砂；
(3)分子膜的自组装：按照所述配方，所述自组装液，按质量份数计，主要由以下组分构成：铝酸酯偶联剂DL411 15份、无水乙醇79份；将铝酸酯偶联剂DL411溶解在无水乙醇中，得到自组装液；将上述表面改性后的石英砂放入自组装液中，自组装液完全淹没石英砂，置于100℃的恒温水浴锅中，电动搅拌15min后取出，在90℃下干燥2h，冷却后用水浸泡20h，再水洗3-5次，最后在100℃下烘干；
(4)铁铜复合改性：按照所述配方，所述铁铜改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：FeCl3·6H2O溶液64份、CuSO4-5H2O溶液28份；将FeCl3·6H2O溶液、CuSO4-5H2O溶液与上述石英砂混合，搅拌后沉积10h，结束将石英砂取出置于微波炉体内，在800W的微波功率下微波加热1.0h，取出后冷却至室温，用蒸馏水洗去石英砂表面未负载上的铁铜改性液，再置于100℃烘箱中烘干，得到所述石英砂滤料。
效果验证：
按照下述标准对由上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料与未经处理的石英砂(对比例1)进行性能检测，测试结果如表1、2所示。
(1)润湿性：将未经处理的石英砂以及由上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料用双面胶黏附在载玻片上，保证其在载玻片上形成一个平整的表面，可以避免在测量接触角时产生较大的误差，保持测量的精度。随后将分别粘有未经处理的石英砂以及由上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料的载玻片放置在DSAl00型光学接触角测量仪上，对其接触角进行测量；
(2)过滤除油性能：
1)静态吸附：称取20g未经处理的石英砂以及由上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料分别置于250mL烧杯中，分别向其中加入75mL的机油，静置一小时，随后取出滤料称重；同上，分别向其中加入75mL植物油，静置一小时，随后取出滤料称重；考察石英砂滤料对机油、植物油的吸附情况，计算滤料的吸附增重，所有实验结果采用三组平行实验的平均值(静态吸附过程中，吸附一定时间后每克介质因对吸附质产生吸附而增加的重量，称为吸附增重)；
2)离心吸附：称取10g未经处理的石英砂以及由上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料加入15mL的离心管中，分别加入5mL机油，放置于离心机中以6000r/min的转速离心吸附15min，取上清液使用紫外分光光度法测定其油浓度，考察对机油的含油废水在离心力的作用下，对含油废水中的机油的吸附情况，计算滤料对机油的去除率；同上，分别加入5mL植物油，放置于离心机中以6000r/min的转速离心吸附15min，取上清液使用紫外分光光度法测定其油浓度，考察对植物油的含油废水在离心力的作用下，对含油废水中的植物油的吸附情况，计算滤料对植物油的去除率；所有实验结果采用三组平行实验的平均值。
表1样品性能测试结果
Figure BDA0002856895040000171
(3)水中微污染物去除能力测试：
1)腐殖酸去除率测试：采用静态吸附试验方法，配置2mg/L腐殖酸原水，分别称取5g上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，放入250ml锥形瓶中，加入150ml腐殖酸原水，将锥形瓶置于振荡器中，在200C下，以100r/min速度振荡2h，待吸附达到平衡，常温下静置半小时，用移液管吸取上清液，测量UV254，根据腐殖酸标准浓度曲线图，计算腐殖酸去除率；
2)磷的去除率测试：配置2mg/L磷原水，分别称取5g上述实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5得到的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，放入250ml锥形瓶中，加入150ml磷原水，将锥形瓶置于振荡器中，在200C下，以100r/min速度进行静态吸附试验，待吸附达到平衡。常温下静置半小时，用移液管吸取上清液，测定吸光度，计算水样中的磷浓度，从而计算磷的去除率。
表2样品导热系数性能测试结果
Figure BDA0002856895040000181
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，其特征在于，所述石英砂滤料是将石英砂通过表面改性液进行表面改性，然后再通过自组装液进行分子膜的自组装，最后通过铁铜改性液进行复合改性，得到所述石英砂滤料；所述表面改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：无水乙醇390-400份、三(羟甲基)氨基甲烷25-28份、纳米氧化锌1.5-1.6份、盐酸多巴胺0.002-0.003份；所述自组装液，按质量份数计，主要由以下组分构成：偶联剂5-20份、溶剂80-100份；所述偶联剂为十八烷基三氯硅烷与十三烷酸、钛酸酯偶联剂 DN101、硅烷偶联剂KH550、铝酸酯偶联剂 DL411中的一种；所述铁铜改性液，按质量份数计，主要由以下组分构成：FeCl3·6H2O溶液60~80份、CuSO4-5H2O溶液25-35份。
2.根据权利要求1所述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，其特征在于，所述偶联剂为十八烷基三氯硅烷、十三烷酸，所述溶剂为无水乙醇；所述十八烷基三氯硅烷、十三烷酸溶解在无水乙醇中。
3.根据权利要求1所述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂 DN101，所述溶剂为异丙醇；所述钛酸酯偶联剂 DN101溶解在异丙醇中。
4.根据权利要求1所述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH550，所述溶剂为去离子水和无水乙醇的混合液；所述硅烷偶联剂KH550溶解在去离子水和无水乙醇的混合液中。
5.根据权利要求1所述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，其特征在于，所述偶联剂为铝酸酯偶联剂 DL411，所述溶剂为无水乙醇；所述铝酸酯偶联剂 DL411溶解在无水乙醇中。
6.根据权利要求1所述的具有优异亲油疏水性的石英砂滤料，其特征在于，所述石英砂是采用20-30 目的不锈钢钢筛筛选出粒径为0.55~0.83 mm 的石英砂；所述纳米氧化锌的平均粒径为50-60nm；所述FeCl3·6H2O溶液为2mol/L；所述CuSO4-5H2O溶液为0.5mol/L。
7.根据权利要求1至6任一项所述具有优异亲油疏水性的石英砂滤料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）石英砂的预处理：用 20-30 目的不锈钢钢筛筛选出粒径为 0.55~0.83 mm 的石英砂，用去离子水反复清洗至不再浑浊，然后放入真空干燥箱100- 110℃下烘干10-15 h；冷却后再将石英砂在1mol/L 的硝酸溶液中浸泡20-24h，再用无水乙醇浸泡30min，最后水洗烘干待用；
（2）表面改性：按照所述配方，将三(羟甲基)氨基甲烷溶解在无水乙醇中，得到三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液，再将纳米氧化锌、盐酸多巴胺加入上述三(羟甲基)氨基甲烷的乙醇溶液中溶解，得到表面改性液；将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中进行表面改性；
（3）分子膜的自组装：按照所述配方，将偶联剂溶解在溶剂中，得到自组装液；将上述表面改性后的石英砂放入自组装液中， 自组装液完全淹没石英砂， 置于90-120℃的恒温水浴锅中，电动搅拌10-15min后取出，在 80-120℃下干燥 2-3h，冷却后用水浸泡 20-24h，再水洗 3-5 次，最后在90-100℃下烘干；
铁铜复合改性：按照所述配方，将FeCl3·6H2O溶液、CuSO4-5H2O溶液与上述石英砂混合，搅拌后沉积10～12h，结束将石英砂取出置于微波炉体内，在800-1000W的微波功率下微波加热0.5～1.0h，取出后冷却至室温，用蒸馏水洗去石英砂表面未负载上的铁铜改性液，再置于100-120℃烘箱中烘干，得到所述石英砂滤料。
8.根据权利要求7所述具有优异亲油疏水性的石英砂滤料的制备方法，其特征在于，所述表面改性，具体包括如下步骤：将上述预处理后的石英砂放入表面改性液中，采用超声波清洗器以40-60Khz超声分散3-6min，然后恒温搅拌器以600-800rpm的转速搅拌12-18h，取出后放置在烘箱在80-100℃下烘干；采用恒温搅拌器以600-800rpm的转速搅拌1-2h，取出后放置在在烘箱中在80-100℃下烘干，得到表面改性后的石英砂。
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