技术的生物反应机理分析

　
7.3　铝氧四面体的平面结构　
Fig.7.3　Thep lanestructureof　　A lum inum and Oxygen tetrahedron

粉煤灰作为过滤材料具有如下特性：具有足够的机械强度，以免在搅拌过程中颗粒之间由于摩擦而破碎；具有足够的化学稳定性，以免在过滤过程中发生溶解而引起水质恶化；具有接近球状的外形、较大的比表面积，表面粗糙且多有棱角；具有一定的粒度级配等。

粉煤灰在处理废水过程中通过过滤作用截留水中的悬浮物和絮状物等有机污染物及水体中的色度，从而达到净化的目的。细菌的直径多为0.5 ～5.0μm，病毒的直径为0.2～25μm，因此病原细菌、个体尺寸较大的原生动物及蠕虫均可通过粉煤灰的孔道过滤作用除去。

（2）离子交换作用

粉煤灰治理污染物的离子交换作用主要发生在粉煤灰表面上、孔道内与层间域。粉煤灰改性活化过程中有如下化学反应发生：

Al2O3＋3H2 SO4＝Al2（SO4）3＋H2O

Al2O3＋6HCl＝2AlCl3＋3H2O

Fe2O3＋3H2 SO4＝Fe2（SO4）3＋3H2O

FeO＋H2 SO4＝FeSO4＋H2O

Fe2O3＋6HCl＝2FeCl3＋3H2O

Al6 Si2O13（莫来石）＋9H2 SO4＝3Al2（SO4）3＋2H2 SiO3＋7H2O

Al6 Si2O13（莫来石）＋18HCl＝6AlCl3＋2H2 SiO3＋7H2O

活化后的粉煤灰孔道内的Al3＋、Fe3＋、Fe2＋可与废水中的污染物发生离子交换作用，且由于Al3＋、Fe3＋、Fe2＋半径比较大，恰好可与造纸废水中体积较大有机污染物交换，使废水得到净化。

（3）结构调整作用

粉煤灰内部结构缺陷与位错在很大程度上影响着粉煤灰的整体性质，往往能增加粉煤灰表面的活性。理论上来讲，粉煤灰表面为了达到能量最低往往要发生重构。因此基于对粉煤灰进行结构缺陷与位错制造而开展的粉煤灰改性，大大提高了粉煤灰的活性。改性粉煤灰表面的原子结构及电子特性有可能与其内部的差异很大，因此粉煤灰表面要进行重构，即由于表面的不饱和状态会促使其结构进行某些自发的调整。在没有任何吸附质存在的情况下，表面本身首先会这样做；当有被吸附的分子存在时，表面又会以不同的方式在结构上进行重新调整。

比较粉煤灰改性前后的XRD图片（如图3.4、3.5所示）可知，改性前后的粉煤灰物相发生了变化，从XRD图谱看莫来石与磁铁矿相应略有减少，并且出现尖峰，表明改性后有部分铝和铁被溶出，使经XRD自动计算测得的改性粉煤灰的晶面间距d值由未改性前的3.3459缩小到改性后的2.8644，这可能是由于经改性而简单破裂后暴露出的表面，莫来石与磁铁矿表面原子结构可能发生松弛，尤其是低对称性莫来石结构，这种松弛作用垂直于表面，第一层与第二层原子间距可缩短15%。由于吸附了废水中的污染物，通过消除自由摆动键的方法，这些表面层会再次膨胀。比较改性粉煤灰吸附废水前后的XRD图片（图3.4与图7.3、图3.5与图7.4）可知，吸附废水后的粉煤灰发生了表面膨胀，原子间距由原来的2.8344膨胀至吸附后的3.3484。