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聚合氯化铝-腐殖酸(PACl-HA)絮体的物理与分形特征研究
王毅力,刘杰,
环境科学 , 2006,
Abstract: 采用低温急速冷冻-真空干燥技术制备了PACl-HA絮体的粉末样品,研究了这些样品的物理与分形特征。结果表明,PACl-HA絮体具有无定形结构,主要组成元素为C、O、Al,所含特征官能团保留了絮体组成原料的一些特征;絮体的BET比表面积为130~161m2/g,BJH累积吸附孔体积为0.38~0.52cm3/g,BJH脱附平均孔径为7.7~9.6nm,PSD峰值对应孔径8.4~11.2nm。PACl-HA絮体具有自相似性的粗糙表面,呈现多尺度分形特征;图象法和N2吸附/脱附等温线法确定的表面分形维数Ds分别为2.03~2.26、2.24~2.37,前者的分形尺度大约处于23~390nm之间,主要属于絮体外表面尺度,而后者的分形特征尺度区间的下限大约为0.2nm,属于孔表面尺度;另外,对同一絮体,N2吸附法和脱附法确定的孔表面分形维数不同。热力学模型计算出的Ds远大于3,与Sahouli等的研究不符。
聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)冷冻干燥絮体的表面与孔分形研究
王毅力,石宝友,,刘杰
环境科学学报 , 2006,
Abstract: 采用低温急速冷冻-真空干燥技术制备了PFC-HA絮体的粉末样品,研究了这些样品的物理与分形特征.结果表明,PFC-HA絮体具有晶体结构,SEM图象中有方块状形体;絮体主要组成元素为C、O、Fe,所含的特征官能团保留了絮体组成原料的一些特征;絮体的干燥样品的BET比表面积为51~92m2·g-1,BJH累积吸附孔体积为0.0638~0.108cm3·g-1,BJH脱附平均孔径为3.53~4.60nm,PSD峰值对应孔径3.9nm(4#样品还有另外一个PSD峰值53.2nm).PFC-HA絮体的干燥样品具有自相似性的粗糙表面,呈现多尺度分形特征;图象法确定的表面分形维数Ds值远低于N2吸附/脱附等温线法确定的结果,分别为2.14~2.22、2.90~2.96;前者的分形尺度大约处于23~390nm之间,主要属于絮体干燥样品的外表面尺度,后者的分形特征尺度区间的下限大约为0.2nm,属于孔表面尺度,因此,PFC-HA絮体干燥样品的表面粗糙度主要集中于孔表面.另外,对同一絮体,N2吸附法和脱附法确定的孔表面分形维数基本相同.通过热力学模型计算出的4#样品的Ds值接近于FHH理论计算出的结果,但分形尺度的区间变小了.
聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)絮体的粒度和分形维数的动态变化
卢佳,王毅力,,郑雅芹,石宝友,王东升
环境科学学报 , 2008,
Abstract: 通过采集PFC-HA絮体的单个样品和拍摄它们的二维图像,研究了在不同混凝条件下絮体的粒度和分形维数的变化.结果表明,原水pH的下降滞后了PFC-HA絮体的出现.原水pH≥7.0时,随着投药量的增加,PFC-HA絮体的分形维数Dsub>2(lgA-lgdL)和D3(lgV1-lgdL)随之降低,表明絮体的结构越来越疏松;而原水pH=5.0时,PFC-HA絮体的分形维数存在波动.在PFC的最佳投药量时,水力条件的优化可以提高HA的去除效果,但随着原水pH的下降,HA去除效果的提高程度也随之减小.在最佳水力条件下,PFC-HA絮体的粒度为数百微米,其分形维数值较大,表明絮体的结构较为密实.此外,PFC-HA絮体的粒度分布具有(类)分形特征,最佳水力条件下正的Dp值表明絮体的粒度分布趋向平稳.在整个混凝搅拌过程中,PFC-HA絮体的分形维数的变化是与混凝的溶液化学条件、搅拌时间和分形维数类型有关,其Dsub>2具有先上升后下降的趋势,这一过程中絮体结构先趋向密实,然后趋向疏松.而且慢速搅拌过程中絮体的尺度也是先增加后下降.
聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)絮体的不同拓扑空间下分形维数的研究
王毅力,卢佳,,魏科技,石宝友,葛小鹏
环境科学学报 , 2008,
Abstract: 通过对PFC混凝去除水中HA过程中所形成的PFC-HA絮体的研究结果表明,原水pH分别为9.0、7.0和5.0时,最佳投药量下形成的絮体的平均沉降速度之间的比值为1.17:1.00:0.49,而且所有絮体的水平投影方向的平均直径与垂直投影方向的平均直径的比值均接近0.85.结合Logan公式和有效密度-长轴的双对数关系计算出的絮体三维空间的分形维数Df较为可靠,在本试验中3种pH的原水下形成的PFC-HA絮体的Df均小于2.0.絮体沉降速度的变化是质量分形维数Df、有效密度和粒径等因素的变化综合影响结果,因此,絮体的Df、有效密度各自的变化趋势有可能与沉降速度的不一致.原水pH=7.0时絮体的Df稍大于原水pH=9.0时絮体的Df,但比原水pH=5.0时絮体的Df大11.73%.可见,与原水pH=9.0时形成的絮体相比,原水pH=7.0时形成了稍微密实的小絮体,但原水pH=5.0时却形成了较为疏松的、很小的絮体.在本试验的图像分辨率下,PFC-HA絮体在一维拓扑空间下的分形维数Dsub>1比较低,一般都低于1.10.基于投影面积-长轴关系计算的二维拓扑空间的分形维数Dsub>2变化趋势为样品3稍大于样品2,样品1最小;然而基于投影面积-周长计算的二维拓扑空间的分形维数Dsub>2却呈现不同的变化趋势.另外,尽管PFC-HA絮体的Df小于2,但其与基于投影面积-长轴关系计算的二维拓扑空间的分形维数Dsub>2不相等,不符合Meakin的结论,这与本试验中CCD相机的分辨率和絮体样本数量有关.
粘土颗粒吸附直接染料的分形特征
郑雅芹,王毅力,卢佳,李春成,袁学培,
环境科学学报 , 2008,
Abstract: 粘土颗粒对直接耐晒黑和直接大红染料的吸附均可分为快速的边缘覆盖和慢速的晶层吸附2个过程,整个吸附过程符合准-二级反应动力学方程式,除了伊利土-直接耐晒黑染料的吸附体系之外,其它体系的吸附过程中以晶层吸附为主的阶段均具有类分形特征.体系的非线性吸附等温线符合Langmuir型吸附等温模式,并且除了蒙脱土吸附直接大红染料之外,也可以用分形Langmuir吸附等温模式获得较好的模拟效果.在不同原始浓度下直接大红染料在粘土颗粒表面发生的边缘覆盖和晶层吸附这2个过程的程度是不同的,从而导致了吸附等温线在原始染料为150mg·L-1时出现最大的吸附量,而且颗粒边缘覆盖的直接大红染料的比例较高.染料进入粘土颗粒的晶层后,扩大了晶层间距,改变了其表面微孔几何结构.颗粒表面棱角变得光滑,结构疏松,片层结构逐渐减少,上述效果在蒙脱土颗粒上或直接耐晒黑染料吸附时表现地更为显著.而且吸附染料后蒙脱土颗粒对N2的吸附量比伊利土下降的幅度小,其比表面积、孔体积和平均孔径的下降比例也比伊利土小,其中平均孔径的差异比较明显.吸附染料之后粘土颗粒表面分形维数Ds均升高了,晶层膨胀和开孔作用抵消了"表面粗糙度屏蔽"、"孔阻塞效应"机理降低D的影响,增加了表面粗糙度.
聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)冷冻干燥絮体的表面微观形貌及其孔表面分形特征
王毅力,,卢佳,张桐,石宝友,王东升
环境科学学报 , 2008,
Abstract: 采用低温急速冷冻-真空干燥技术制备了不同pH(9.0、7.0、5.0)原水在45.89mg·L-1(以Fe3+计,原水pH=9.0)或28.41mg·L-1(以Fe3+计,原水pH=7.0、5.0)投药量下混凝后形成的PFC-HA絮体的粉末样品,研究了它们的表面微观形貌和孔表面分形特征.SEM图像表明,PFC-HA絮体具有不规则的块、片状形貌,而且在原水pH=9.0或pH=7.0时形成絮体也存在簇状结构.3种样品对N2的吸附-脱附等温线上均存在滞后圈,但样品3的形状不同.它们的吸附量、BJH累积吸附孔体积与脱附平均孔径的大小顺序均为:样品3>样品2>样品1,即随原水pH的降低而升高,而且孔尺度分布曲线显示样品3的表面存在大孔.BET比表面积的变化趋势与它们不一致,且样品2的比样品3稍大,样品1的最小.基于分形FHH方程,采用吸附等温线和脱附等温线数据计算出样品1和样品2的孔表面分形维Ds数均在2.94左右,而样品3的均小于2.38.这些Ds值似乎不能完全表示出因孔表面粗糙性而导致的空间填充能力的大小,主要表达了3种样品的中孔甚至大孔的尺度分布引起的不规则性.本试验中采用热力学模型计算出的3个样品Ds值大都超过3,它们已经失去了维数的实际意义;但样品3因其吸附-脱附等温线上的滞后圈接近圆桶式的A类,如果缩小分形标度区间,可以得到与分形FHH方程计算出的Ds接近的值.
颗粒物表面酸碱特性与孔表面分形的研究
王毅力,刘杰,,石宝友,王东升
环境科学学报 , 2007,
Abstract: 通过电位滴定试验,证明了5种颗粒物的表面存在着一定量的OH-受体,其表面位浓度(Hs)在0.1219~0.3134mmo·L-1之间,表面位密度(DOH)在0.8586~2.1305个·nm-2之间,且不同采样点的颗粒物,其表面位浓度和表面位密度差别很大.所采集的5种颗粒物的孔结构接近平行板狭缝,孔尺寸分布不是均一的,平均孔径分布范围较宽(1.8~76nm);BET比表面积为9.5669~34.5605m2·g-1,累积脱附孔体积为0.01729~0.06711cm3·g-1,BJH脱附平均孔径为5.6768~7.7388nm,处于中孔范围,且平均孔径均大于其PSD峰值对应的孔径.通过分形FHH方程模拟N2吸附和脱附等温线数据计算出这些颗粒物的孔表面分形维数Ds比较接近(2.68~2.82之间),但它们的分形标度区间不同.另外,采用热力学模型和分形FHH理论计算出的表面分形维数的差异主要归因于这些样品孔尺寸分布的不均一性.
Surface and pore characterization of cryofixation-vacuum-freeze-dried polyferric chloride-humic acid(PFC-HA) flocs by fractal method
聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)冷冻干燥絮体的表面与孔分形研究

WANG Yili,SHI Baoyou,DU Baiyu,LIU Jie,
王毅力
,石宝友,,刘杰

环境科学学报 , 2006,
Abstract: 采用低温急速冷冻-真空干燥技术制备了PFC-HA絮体的粉末样品,研究了这些样品的物理与分形特征.结果表明,PFC-HA絮体具有晶体结构,SEM图象中有方块状形体;絮体主要组成元素为C、O、Fe,所含的特征官能团保留了絮体组成原料的一些特征;絮体的干燥样品的BET比表面积为51~92 m2·g-1,BJH累积吸附孔体积为0.0638~0.108 cm3·g-1,BJH脱附平均孔径为3.53~4.60nm,PSD峰值对应孔径3.9nm(4#样品还有另外一个PSD峰值53.2nm).PFC-HA絮体的干燥样品具有自相似性的粗糙表面,呈现多尺度分形特征;图象法确定的表面分形维数Ds值远低于N2吸附/脱附等温线法确定的结果,分别为2.14~2.22、2.90~2.96;前者的分形尺度大约处于23~390nm之间,主要属于絮体干燥样品的外表面尺度,后者的分形特征尺度区间的下限大约为0.2nm,属于孔表面尺度,因此,PFC-HA絮体干燥样品的表面粗糙度主要集中于孔表面.另外,对同一絮体,N2吸附法和脱附法确定的孔表面分形维数基本相同.通过热力学模型计算出的4#样品的Ds值接近于FHH理论计算出的结果,但分形尺度的区间变小了.
Physical and Fractal Properties of Polyaluminum Chloride-Humic Acid (PACl-HA) Flocs
聚合氯化铝-腐殖酸(PACl-HA)絮体的物理与分形特征研究

WANG Yi-li,LIU Jie,DU Bai-yu,
王毅力
,刘杰,

环境科学 , 2006,
Abstract: The powder of polyaluminum chloride-humic acid (PACl-HA) flocs was prepared by cryo-freezing-vacuum-drying method. These flocs were characterized by X-ray diffractometry, FTIR spectroscopy, elementary analysis and surface area determination. The results show that these flocs are amorphous, mainly composed by elements of C, O, Al, and reserve some characteristic functional groups from PACl, HA or Kaolin. The N2 absorption-desorption data determined the microstructure of PACl-HA flocs: 130 - 161 m2 x g(-1) of BET specific surface area, 0.38 - 0.52 cm3 x g(-1) of BJH cumulative absorbed volume and 7.7 - 9.6nm of BJH desorption average pore diameter. The peak values of pore size distribution (PSD) curves were found at 8.4 - 11.2nm of pore diameter. The self-similar and rough surface was observed in SEM images of PACl-HA flocs. The surface fractal dimensions D(s) of the flocs determined from both SEM images method and N2 absorption-desorption one were 2.03 - 2.26 and 2.24 - 2.37, respectively. The correspondent fractal scale for the former method was 23 - 390nm, mainly belonging to exterior surface scales, and the lowest limit of the fractal scale for the latter method was 0.2nm and fell in pore surface scales. This demonstrated that the flocs surface had multi-scale fractal properties. Furthermore, some difference was given between the pore surface fractal dimensions D(s) calculated from N2 absorption data and desorption data. The calculated pore surface D(s) values of much more than three through thermodynamic model had discrepancy from Sahouli et al's results.
Study on the surface acid-base properties and pore surface fractal of particles
颗粒物表面酸碱特性与孔表面分形的研究

WANG Yili,LIU Jie,DU Baiyu,SHI Baoyou,WANG Dongsheng,
王毅力
,刘杰,,石宝友,王东升

环境科学学报 , 2007,
Abstract: 通过电位滴定试验,证明了5种颗粒物的表面存在着一定量的OH-受体,其表面位浓度(Hs)在0.1219~0.3134 mmo.·L-1之间,表面位密度(DoH)在0.8586~2.1305个·nm-2之间,且不同采样点的颗粒物,其表面位浓度和表面位密度差别很大.所采集的5种颗粒物的孔结构接近平行板狭缝,孔尺寸分布不是均一的,平均孔径分布范围较宽(1.8~76nm);BET比表面积为9.5669~34.5605 m2·g-1,累积脱附孔体积为0.01729~0.06711 cm3·g-1,BJH脱附平均孔径为5.6768~7.7388nm,处于中孔范围,且平均孔径均大于其PSD峰值对应的孔径.通过分形FHH方程模拟N2吸附和脱附等温线数据计算出这些颗粒物的孔表面分形维数Ds比较接近(2.68~2.82之间),但它们的分形标度区间不同.另外,采用热力学模型和分形FHH理论计算出的表面分形维数的差异主要归因于这些样品孔尺寸分布的不均一性.
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