复合絮凝剂制备工艺研究

2008年第12期广东化工第35卷总第188期·23·复合絮凝剂制备工艺研究向群，邓勇林(四川理工学院材料与化学工程系，四川自贡643000)[摘要]聚硅酸硫酸铝铁是无机高分子复合絮凝剂。通过复合共聚法，以硫酸铝、硫酸铁、硅酸钠、浓硫酸和氢氧化钠为原料制备聚硅酸硫酸铝铁絮凝剂，并研究不同Al/Fe/Si摩尔比对聚硅酸硫酸铝铁絮凝性能的影响。实验表明：Al/Fe/Si的摩尔比对絮凝的影响作用比较显著，Al/Fe/Si=1︰1︰1制备的产品其稳定性和有效性较佳。[关键词]复合絮凝剂；聚硅酸硫酸铝铁；无机高分子絮凝剂；摩尔比[中图分类号]T[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2008)12-0023-03StudyonPreparationTechnologyofCompositeFlocculantsXiangQun,DengYonglin(SichuanUniversityofScience&Engineering,Zigong643000,China)Abstract:Poly-aluminum-ferric-silicate-sulfateisinorganicpolymercompositeflocculants.Byusingaluminumsulfate,ferroussulfate,sodiumsilicate,oilofvitrioL,sodiumhydroxideasrawmaterials,thepolyaluminumferricsilicate-sulfate(PAFSS)waspreparedbycopolymerization.AndtheAl/Fe/SimolarratiowasstudiedontheflocculationefficiencyeffectofPAFSS.A1/Fe/Sitheratioofsiliconflocculationbehavioroftherolethanthemorenotable,withtheproportionoftheincreaseit,flocculationeffectofstrengthening.ByA1/Fe/Si=1︰1︰1sampleofthestabilityandeffectivenesscanbethebestcombination.Keywords:compositeflocculants；poly-aluminum-ferric-silicate-sulfate；inorganicpolymercoagulant；molarratio随着工业的飞速发展，供水紧张和污水净化成为我国乃至世界各地面临的主要难题之一。我国是个缺水的国家，城市工业用水量大，且排放的工业废水中含有一定量的污染物，使本来有限的水资源相当部分失去了使用价值。因此，提高水资源利用率是刻不容缓的事情。自1827年人们首次使用硫酸铝(Al2(SO4)3)进行水质澄清净化处理后，絮凝过程一直是水质净化澄清处理工艺过程中不可缺少的技术环节，絮凝技术更广泛地应用于水处理中。由于铁盐和铝盐有相似的絮凝作用机理，于是在聚合硅酸铝絮凝剂的启发下，开发了聚硅酸盐新型无机高分子絮凝剂。它是在聚硅酸(即活化硅酸)及传统的铝盐、铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合产物。实践证明，复合絮凝剂表现出优于单一絮凝剂的效果，现在也成功的应用在给水，工业废水以及城市污水的各种流程(包括前处理，中间处理和深度处理)中并逐渐成为主流絮凝剂[1]。1实验1.1实验药品与仪器实验药品：硅酸钠、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁、高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢、氢氧化钠(以上为分析纯)，硫酸、盐酸等(以上为化学纯)。[收稿日期]2008-10-08[作者简介]向群(1963-)，女，重庆人，本科，副教授，主要研究方向为化工工艺和化工设计。广东化工2008年第12期·24·期实验主要仪器：WGZ-200浊度仪，上海精密科学仪器有限公司；JJ-1电动搅拌器，金坛市医疗仪器厂；PHS数字酸度计，上海大普仪器有限公司；MP5002电子天平，上海恒平科学仪器有限公司。1.2实验步骤1.2.1硅酸的聚合硅酸钠在硫酸和一定pH的条件下水解、活化聚合得到一定聚硅酸。聚硅酸是一种阴离子型无机高分子絮凝剂，作为助凝剂特别是作为铝盐的助凝剂时，聚合度增大，处理效果加强，有利于解决净水处理中低温低浊度水难的问题[2]。1.2.2聚合硅酸硫酸铝铁的制备将硅酸钠配成一定组成的溶液，加入20%的浓硫酸和氢氧化钠溶液调节pH使其活化聚合，得到聚合硅酸溶液。在搅拌下，向活性硅酸溶液中加入计量好的硫酸铝和硫酸铁溶液，并加氢氧化钠溶液调节pH，使金属离子与硅酸共聚。再继续搅拌至均匀，经一定时间熟化后得到复合絮凝剂聚硅酸硫酸铝(PAFSS)[3-5]。如图1所示。硫酸铁硫酸铝硅酸钠溶解熟化聚合调pH值蒸馏水20%硫酸（氢氧化钠）共聚共聚氢氧化钠聚合产品(聚硅酸硫酸铝铁)调pH值图1聚硅酸硫酸铝铁制备工艺流程Fig.1Preparedprocessflowofthepolyaluminumferricsilicate-sulfate1.2.3Al/Fe/Si摩尔比对絮凝效果的影响固定Fe3+、A13+摩尔比为1︰1，在pH为5、2.5%硅酸钠溶液时按照Fe3+和A13+与SiO2的摩尔比为1︰1，1︰2，1︰3，2︰1，3︰1制备聚硅酸硫酸铝铁。絮凝试验中，采用河原水作为实际水样。取100mL水样加入一定量的聚硅酸硫酸铝铁，快速搅拌2min，再慢速搅拌8min，静置1h。取上层2～3cm处清液测其浊度。2结果与讨论2.1pH对硅酸聚合过程的影响硅酸的聚合速度主要受反应温度、体系酸度、硅酸钠溶液浓度以及共存离子等因素的影响，其中影响最大的是硅酸溶液的pH。硅酸在硅酸钠溶液浓度为2.5%，温度为25℃时聚合出现淡蓝色时间和凝结时间如表1。表1pH对硅酸聚合过程的影响Tab.1EffectofpHtoprocessofsilicatepreparationpH呈现淡蓝色时间/(min:s)凝结时间/(min:s)9.500:03:0500:09:438.300:00:5200:01:387.400:00:3200:01:226.200:06:1600:08:355.600:07:1500:14:55硅酸的pH愈接近中性，硅酸凝胶速度愈快。碱度或酸度愈高，凝胶时间相对减慢。2.2硅酸活化时间对絮凝效果的影响在固定体系酸度pH为5，硅酸钠溶液浓度为2.5%时，硅酸聚合的时间与剩余浊度的影响如图2所示。12345678910111213140.00.51.01.52.02.53.0剩余浊度/NTU活化时间/min图2硅酸活化时间与剩余浊度关系Fig.2Relationofactivationtimeforpolysilicatetoresidualturbidity硅酸活化时间在10～12min之间，产品的絮凝效果好，除浊率高。2.3Al/Fe/Si摩尔比对絮凝效果的影响固定Fe3+及A13+与SiO2摩尔比下制备的聚硅酸硫酸铝铁对絮凝性能的影响如图3。硅酸钠蒸馏水20%硫酸(氢氧化钠)硫酸铝硫酸铁(氢氧化钠)产品(聚硅酸硫酸铝铁)溶解调pH聚合共聚共聚调pH聚合熟化2008年第12期广东化工第35卷总第188期·25·0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.03.20.20.40.60.81.01.21.41.6剩余浊度/NTU(Al,Fe)/Si摩尔比图3(Al，Fe)/Si摩尔比与剩余浊度的关系Fig.3Relationof(Al,Fe)/Simolarratitoresidualturbidity由图3可知：在Fe3+和A13+与SiO2的摩尔比小于1︰1时，随摩尔比的增大，聚硅酸硫酸铝铁去浊效果逐渐变好，絮体出现的速度也加快，有明显的变大趋势。在Fe3+和A13+与SiO2的摩尔比为1︰1时，去浊效果达到最佳。当摩尔比大于1︰1时，去浊效果逐渐变差。3结论在搅拌下，向活性硅酸溶液加入硫酸铝和硫酸铁溶液，通过氢氧化钠溶液调节pH，使金属离子与硅酸共聚。在A1/Fe/Si=1︰1︰1下制备的聚硅酸硫酸铝铁絮凝剂其稳定性和有效性较佳。参考文献[1]周本省．工业用水处理技术[M]．北京：化学工业出版社，1997：9-11．[2]侯曼玲，卫艳新，武战，等．高分子铁盐絮凝剂制备及其应用研究[J]．化学推进剂与高分子材料，2003，1(4)：1-2．[3]衣守志，段瑛博．聚硅酸铝铁絮凝剂的制备与应用研究[D]．天津科技大学硕士学位论文，2005．[4]栗兆坤，刘振儒，赵春禄．聚铝铁硅絮凝剂的合成方法及其混凝效能[J]．环境化学，1997，16(6)：546-551．[5]席美云，郭楠．聚硅酸硫酸铁絮凝剂的制备及应用[J]．环境科学与技术，2000，3：12-14．(本文文献格式：向群，邓勇林．复合絮凝剂制备工艺研究[J]．广东化工，2008，35(12)：23-25)(上接第14页)凝固助剂凝固天然胶乳，所得橡胶的分子量比自然微生物凝固胶的分子量高，橡胶的分子量与胶乳凝固条件(特别是微生物作用时间、有效微生物和部分碳水化合物的用量等)关系非常密切。采用淀粉糊作为生物凝固剂凝固天然胶乳，是在胶乳中增加了微生物所需的矿源及营养物质，促进了胶乳中的微生物繁殖，从而导致胶乳的非胶组分产生较大程度的转化，非胶组分的代谢物可能促进橡胶分子的自然交联作用，引起分子量增大。3结论随着贮存时间的增加，微生物凝固天然橡胶的分子不断进行自然交联，分子量逐渐增大，Po值也随之增大，PRI值逐渐减小。微生物凝固法制得NR的分子量、Po都比酸凝固法的高，PRI值则相反。淀粉糊可以作为NR微生物凝固助剂，提高分子量和Po值。参考文献[1]BatemanL．TheChemistryandPhysicsRubber-likeSubstances[J]．Maclaren&sonsLtd，1963，(4)：13-15．[2]SekharBC．InhibitionofhardeninginNaturalRubbe[J]．Proc.Nat.RubberRes．Conf．，1960，(4)：512．[3]黎沛森，李小霞，陈成海，等，天然橡胶分子结构的研究[J]．热带作物学报，1998，9(1)：73．[4]GregoryMJ，TanA.S．SomeobservationsonStorageHardeningofNaturalRubber[J]．Proc.Int.RubberConf.，1975，(4)：2-4．[5]李思东，黎沛森，任孟萍，等．天然橡胶加速贮存过程中的凝胶尺寸及力学性能的变异[J]．橡胶工业，1992，39(7)：421-423．[6]LiSD，YuHP．StudyonVariationofStructureandPropertiesofNatureRubberDuringAcceleratedStorage[J]．AppliedPolymerScience，1998，70：1779-1783．[7]AllcockHR，LampeFW．ContemporaryPolymerChemistry[M]．Beijing：ChemicalIndustryPress，2005：281-286．[8]MarinhoJRD，TanakaY．StrucuturalCharacterisationofWildRubber：Gelcontent[J]．J.Rubb.Res，2(4)：231-238．[9]刘植榕，橡胶工业手册第八分册[M]．北京：化学工业出版社，1997：19-20．[10]华南热带农业大学．天然胶乳的性质与商品胶乳工艺[M]．北京：农业出版社，1990：23-25．[11]刘惠伦．子午线轮胎天然胶国产化的途径[J