新型聚四氯化钛的制备和水净化絮凝剂的特征外文翻译资料

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新型聚四氯化钛的制备和水净化絮凝剂的特征

1. 具有老化周期的PTC照片

图： S1 PTC照片：（a）准备后; （b）两周的老化; （c）两个月的老化;（d）三个月的老化。

S2测试水和罐测试

S2.1合成和真实水样

HA（H53680 10G，Sigma Aldrich）的储备溶液通过将1.0g的HA在0.01 mol / L Na OH溶液中连续搅拌30分钟。用含有自来水配制的10mg / L HA的合成水（SW）进行絮凝实验。SW的物理化学特性如表S1所示。两个真实水样用于PTC凝结絮凝。第一个是生物学处理污水（BTSE），是从澳大利亚悉尼奥林匹克废水处理厂回收，关于BTSE的进一步描述可以参考Phuntsho et al。另一个是来自悉尼帕兰马塔的河水。生理化学特性BTSE和RW也显示在表S1中。

表S1本研究中使用的水的物理化学特性

S2.2罐测试

使用可编程罐测试仪（PB 900）进行标准罐测试TM，Phipps和Bird，USA）。将水样品（1000m L）在200rpm下快速混合30秒添加凝结剂，在加入凝结剂后，快速混合（200rpm）1分钟随后在40rpm下缓慢混合15分钟的时间，然后是15分钟静止沉降。从水面下2cm处收集水样测量.使用纤维膜注射器预过滤水样品过滤前测试紫外线254（UV 1700UV VIS分光光度计，Shimadzu，Japan）和DOC（TOC分析仪，多N / C 3100分析仪，分析耶拿）；同时使用2100P浊度计直接测量浊度和絮凝zeta;电位而不过滤（Hanna，HI93414）和Nano zetasizer（ZEN 3600，Malvern，UK）。在确定最佳絮凝剂剂量后。在不同p H值溶液下进行凝固/絮凝。目标絮凝p H值通过加入适量的浓度的HCl和0.1mol / L的Na OH溶液来实现。

S3、 絮凝剂剂量和初始溶液p H优化SW处理

S3.1絮凝剂剂量对絮凝效率的影响

进行絮凝优化测试以确定与相比，从SW处理中去除颗粒和有机物质的最佳剂量（图S2）。达到最佳剂量之前随着混凝剂剂量增加和DOC去除增加残余浊度降低，zeta;电位保持为负但逐渐接近零。此后，zeta;电位增加，这是伴随着由于颗粒再稳定化引起的残余浊度的增加，而和DOC去除显示微小的进一步改善。可以注意到当zeta;电位接近等电点时残差浊度达到最低值。基于对浊度和有机物去除的综合考虑分别选择8 mg Ti / L和10 mg Ti / L的最佳凝结剂剂量用于和。

分别在最佳条件下，表现出显着的优势浊度去除并产生与相当的有机物去除效果。水p H在通过添加凝结剂之后降低，但是实现了比更高的p H（图S2（b））。在8 mg Ti / L的凝结剂剂量下，加入 后的水p H从3.9增加到6.3。这表明在混凝后预水解Ti物种在的帮助下提高水的PH。Hu et al.等人也获得了类似的结果，他们用各种含Al混凝剂处理富营养水。

图 S2凝固性能与凝结剂剂量的关系：（a）残余浊度，和DOC去除;

（b）絮凝zeta;电位和絮凝后的p H

增加凝结剂剂量导致颗粒电荷反转和发生电荷反转的剂量定义为iso电剂量（IED）。和 IED值分别为8 mg Ti / L和10 mg Ti / L，表明电荷中和的能力大于。由于电荷中和能力与相应物种的正电荷密切相关，原位形成Ti物种比PTC中的预水解Ti物质相比具有更高的正电荷。较高的PTC15剂量是HA水良好凝固所需要的，这与PAC中预水解的Al物质的报道不一致大，B值具有较高的正电荷，因此比原位形成的铝种具有较高的电荷中和能力。在最佳剂量（分别为8和10mg Ti / L），PTC0和PTC15两者都以最佳剂量给出高和DOC去除以及最低残余浊度（分别为1.8NTU和1.3NTU），其中絮凝zeta;电位接近零（分别为0.2和0.1m V），证明主要凝结机理是电荷中和。

S3.2不同凝固剂剂量条件下的絮凝物性质

絮体生长，断裂和再生长曲线在原水p H条件下与PTC剂量的4,6,8,10,12和14mg Ti / L的结果示于图1中 S3。 絮凝物尺寸由中值表示直径（d50）。

图S3凝固剂剂量对絮凝物生长，破裂和再生长分布的影响：

（a）PTC0和（b）PTC15; （C）絮体尺寸d1

结果表明，对于任一PTC，剂量过低或过高或有限絮体生长。 如以前的研究人员所指出的，絮体性质似乎是强烈的与zeta;电位相关.由于相似颗粒之间具有电荷导致排斥而限制的絮凝物生长。絮体性质不仅由zeta;电位决定，但也由不同凝结剂的特性决定。在12mg Ti / L时和得到具有约 8.4mV的类似zeta;电位的絮凝物。然而，的絮体生长 肉眼不可见，而产生大絮体（693.6米）絮凝物高生长速率（47.8m / min）。预水解的Ti物种与不同原位形成的Ti物质，甚至具有相同的剂量。表S2总结了在原水pH条件下的最佳凝结剂剂量下的絮体属性，因为更大的絮凝物和更高的絮凝物生长速率，更高的絮凝强度和可回收性更紧凑的絮体结构优于。

表S2具有最佳凝结剂剂量在水p H条件下的絮凝物性质凝固

S3.3初始p H对颗粒和有机物去除的影响

p H范围在5至10最佳凝结剂剂量条件下研究了初始溶液p H在去除颗粒和有机物中的影响。对于和，浊度去除从低p H控制增加，而随着p H的增加观察到残余浊度的显着减少。有机物去除较少取决于溶液p H，特别是在p H 5〜9的范围内。残余浊度的显着减少与粒子zeta;电位的降低呈正相关（Fig，S4（b））。由于在较低p H，羧酸和酚的质子化反应HA分子链上的基团带较少的负电荷。因此，凝结剂较少需要在低p H值下实现电荷中和，因为附着的多余带正电荷的不溶性络合物Ti物质的这导致高的正的粒子zeta;电位。在低p H条件下的高残余浊度可以归因于带正电荷的颗粒之间的强排斥力。

总体而言，在p H范围5〜9，紫外线254和DOC清除表现优于; 情况在pH 10时被逆转，其中在UV254和DOC清除率下降。然而，PTC15的降低更明显，显示预水解的Ti物质更易受高p H值的影响并可能水解进一步为或具有高m值的金属例如，,甚至负离子的和。凝结过程可主要通过网扫完成絮凝，产生具有负zeta;电位（2.3mV）的颗粒。PTC0和PTC15最佳溶液p H 为9，其中最低残差浊度（分别为1.8NTU和1.2NTU）和高的UV254和DOC去除效果。由和形成的絮凝物的zeta;电位接近零（分别0.03和1.4 m V），表明电荷中和的主要絮凝机制和弱颗粒排斥力有利于絮凝聚集。

图4溶液p H对凝固效应的影响：（a）残余浊度，UV254和DOC去除;

（b）zeta;电位在最佳剂量条件下

S3.4不同初始pH条件下的絮凝物性质

图 S5显示初始溶液p H对絮凝破坏，再生长分布和絮凝物尺寸的影响。在碱性条件下絮凝物生长比在酸性条件下影响更小，给定在酸性条件下看到的有限的絮凝物生长。如前所述，高絮体zeta电势在低p H值是颗粒排斥而限制絮体再生的原因，在表1的手稿中总结了在最佳pH条件下的絮凝物性质。比较表1和表S2，可以观察到，的絮凝物可以在最佳pH条件下改进，而不管是在破裂之前，破裂后还是在再生长之后。絮凝过程中的p H控制是有效的絮凝压实方法。此外，絮体大小与对应生长速率可以在具有的最佳p H条件下扩大。但是，絮体SF和Rf降低到不同程度除了相当的絮凝物之外，而絮体仍然具有比更大的强度絮凝物给出较高的絮凝物。

图S5初始溶液p H对絮凝物生长，破裂和再生长分布的影响：

1. 和（b）;絮体尺寸d1（C）

S3.5最佳凝固剂剂量和初始溶液下的粒度分布p H条件

在最佳凝结剂用量和p H下的絮凝物生长，破裂和再生长分布条件，以及粒度分布（PSD显示在图1中 S6.d1，d2和d3 絮体尺寸均大于,符合PTC尺寸的主峰的明显变化尺寸的PSD朝向更大的絮凝物尺寸（图S6（b））。 而且，当PTC15被用作凝结剂时，具有小尺寸的絮凝物显着减少。

图 S6絮凝物生长

根据浊度研究具有不同B值的PTC的凝结性能，UV254去除，DOC去除和絮凝zeta;电位（图S7）具有较高B值的PTC在浊度去除方面是优异的，特别是在高凝结剂剂量下（图S7（a））。 PTC凝结剂可以实现相当的UV254除去TiCl4（），但较大需要凝结剂剂量，如图1所示 S7图（b）。在所研究的凝结剂剂量范围内PTC03和PTC05两者比Ti Cl4给予较高的DOC去除（S7（c）），随着B值进一步增加，DOC去除率的增加百分比降低。在最佳混凝剂剂量下条件在所研究的B值范围内PTC凝聚剂实现比Ti Cl4更高的DOC去除（表S3）。另外，絮凝后水p H在B值范围内随着B值的增加而增加（S7（d）），在最佳条件下破裂和再生长曲线（a）和粒度分布（b）.

S4 PTC用于BTSE处理的的应用

S4.1 B值对混凝效率的影响

图 S7用于BTSE处理的PTC的凝结性能，以（a）残差测量浊度，

（b）UV254去除 （c）DOC去除，（d）凝结后的p H

（e）不同的B值条件

图S7（e）显示絮凝zeta;电位对凝结剂剂量的变化，结果表明絮体zeta电位随着凝结剂剂量增加从负侧增加到正侧，B值的增加导致絮状zeta;电位的降低和需要更大凝结剂剂量达到等电点。 这表明B越高值，电荷中和能力较弱。具有高B值，PTC凝结剂预水解的Ti物质可以具有比由TiCl形成Ti4物质原位更少的正电荷，因此导致弱的电荷中和能力。

S4.2不同B值的PTC的絮凝特性。在线监测絮体生长，破坏和不同B值的PTC再生

如图1所示 S8，表S3总结了絮凝特性，包括絮凝物生长速率，尺寸，强度因子，回收率和絮体分形维数。絮体生长速率和絮凝物尺寸随着B值的增加而增加。Floc SF因子在0.3至1.5的B范围内显示出不显着的变化，但是它进一步增加与TiCl4相比为60％.关于絮凝R.F因子，是Ti Cl4的2倍以上用于PTC03和PTC05，而观察到显着减少，进一步增加B.值。

通过电荷中和形成的絮凝物预期在絮凝后能完全恢复断裂，而扫絮体显示差的再生长。对于PTC03和PTC05，预期主要机制是电性中和，而PTC10和PTC15，RF的显着减少值表明絮凝过程中涉及的絮凝机制主要的是网捕卷扫絮凝。

图 S8在不同B值下絮体生长，破碎和再生的在线监测条件

（最佳絮凝剂剂量条件，参见表S3）

此外，絮体分形维数（DF）来比较絮体的致密性。絮凝物变得更致密（由较高絮凝物DF显示）当经受高强度剪切时力，因为剪切力在其较弱点处破坏絮凝物并重新排列它们以形成更稳定的絮体结构。这就是DF增加的原因絮凝后的值破裂，如表S3所示。 在本研究中絮体再生长后DF的不显着变化的值表明絮体通过重整紧密度勉强增加。当B值从0增加到0.3时，DF值呈现急剧增加，而没有观察到B值进一步增加的显着变化。这个结果表明预水解的Ti物种优于TiCl4原位形成的物质因为絮体具有较高的絮凝度。基于上述结果和讨论，在本研究中选择0.5的B值作为最佳值。

表S3关于凝固性能和絮凝的所选参数特性在不同B值条件下

S5 PTC用于RW治疗的应用

S5.1不同B值的PTC凝结性能

根据残余浊度研究了用PTC絮凝的性能，UV254和DOC去除，凝后的水p H和絮zeta;电位，结果如图1所示S9。观察到残余浊度随着增加B值明显减少，尽管残余浊度随着凝结剂剂量的增加而增加（图S9（a））。紫外线UV254和DOC去除的变化趋势与凝结剂剂量的函数相似，结果表明UV254的连续增加和DOC去除通过平稳值或随着凝结剂剂量增加而略微降低。应当注意具有大B值的PTC凝结剂可以实现相当或更高的UV254和DOC去除为TiCl4（PTC0），而与此相比需要更大的凝结剂剂量的TiCl4（PTC0）。这与BTSE处理获得的结果一致，如图所示部分S4.1。图S9（d）显示随着B的增加，絮凝后水p H的增加值，虽然它随着絮凝剂剂量的增加而降低。关于絮凝zeta;电位，在B值条件下，随着凝结剂剂量的增加，从负侧向正侧增加。需要更大的凝结剂剂量以达到等电点，随着B值的增加，表明电荷中和能力的降低。这个与第4.1节中讨论的BTSE处理得出的结论一致。

图S9用于RW治疗的PTC的絮凝性能，以（a）残差测量浊度，

（b）UV254去除，（c）DOC去除，（d）絮凝后的p H

（e）zeta;电位在不同的B值条件下

S5.2不同B值的PTC的絮凝特性

图S10显示了絮凝物尺寸与絮凝时间的变化，通过不同B的PTC值。在不同B值条件下，在缓慢搅拌期间，絮凝物尺寸显示迅速增加到可比较的尺寸d1约为965.9plusmn;30.0 m，其次是逐渐的随着凝固的进行絮凝物尺寸的减小。缓慢混合后，剪切力通过将混合速度提高至200rpm 1分钟来引入。絮体显示表观上立即减少，产生絮体尺寸d2约5

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