新型聚硅酸氯化铝铁絮凝剂制备与性能_张寿通

第30卷第4期2009年8月大连交通大学学报JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITYVol.30No.4Aug.2009文章编号:1673-9590(2009)04-0043-04新型聚硅酸氯化铝铁絮凝剂制备与性能张寿通,赵丹,尹莹,费庆志(大连交通大学环境与化学工程学院,辽宁大连116028)＊摘要:以水玻璃、氯化铝、氯化铁为原料制备新型无机絮凝剂———聚硅酸氯化铝铁,考察聚硅酸熟化时间、熟化温度、熟化pH、Al/Fe摩尔比等参数的影响,确定了最佳制备条件.同时,以生活污水为处理对象考察了pH、投药量对絮凝性能的影响.研究结果表明:当硅酸钠浓度为0.97mol/L,Si/(Al+Fe)为2∶(2+1)、Al/Fe为2∶1～4∶1时,熟化温度30～40℃、pH为5～6、熟化时间20～30min的条件下,制备的聚硅酸氯化铝铁对于pH为6～11的生活污水的混凝处理效果最佳.采用相同投加量时,絮凝效果明显优于传统絮凝剂.关键词:聚硅酸氯化铝铁;无机高分子混凝剂;絮凝中图分类号:TU991.22文献标识码:A0引言研究和应用高效低耗、安全无害、无二次污染的水处理剂是提高水环境质量和水处理科学技术水平的重要途径之一.絮凝剂是一种重要的水处理药剂,它是用来使溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状沉淀的物质,在固液分离和水处理过程中,用以提高微细固体物的沉降和过滤效果,被广泛应用于化工、环保、水处理等领域[1].无机絮凝剂最普遍的是聚铁盐和聚铝盐.近年来研究人员发现在处理废水等复杂、稳定的分散体系时,复合絮凝剂表现出优于单一絮凝剂的效果[2-5].例如,铝铁复合絮凝剂既能克服纯铝盐絮凝剂的矾花生成慢、矾花轻、沉降慢的特点,又能弥补铁盐絮凝剂的出水色度高的不足,除浊效果和沉降效果都很好,优于一般的铁、铝盐絮凝剂.而聚硅酸盐(即活化硅酸盐)是一类新型无机高分子絮凝剂,是在聚硅酸及传统的铝盐、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.由于加入一定浓度的高价金属离子,不仅能够有效缓解硅酸溶胶的自聚作用,提高活性硅酸的保存时间,也能改变活性硅酸的电动电位,使其转化为带正电荷的阳离子高聚物,增强对水中胶体的电中和作用.由于该类絮凝同时具有电中和及吸附架桥的作用,絮凝效果好,且易于制备,价格便宜,引起了水处理界的极大关注.本文采用一种比较简便的方法制备了新型聚硅酸氯化铝铁絮凝剂,对制备条件进行了优化,并以生活污水为处理对象,考察了其絮凝性能.1材料和方法1.1实验仪器与试剂实验仪器:721型分光光度计(上海分析仪器厂);电子天平;超级恒温水浴(上海实验仪器厂);电动搅拌仪(杭州仪表电器厂);恒温磁力搅拌器521-1型(上海司乐仪器厂);pH计(HJ-2428,);三口圆底烧瓶等.实验试剂:水玻璃(分析纯,Na2SiO3·9H2O);氯化铝(分析纯,AlCl3·6H2O);氯化铁(分析纯,FeCl3·6H2O);HCl(分析纯);NaOH(分析纯)等.1.2主要分析方法COD、浊度的测定采用标准方法[6].1.3制备PSAFC步骤本实验采用一步法制备合成PSAFC[7],首先称取一定量的水玻璃于烧杯中,配制成一定浓度＊收稿日期:2008-10-27作者简介:张寿通(1976-),男,讲师,博士,主要从事水污染控制与资源化的研究E-mail:z.st@hotmail.com.DOI:10.13291/j.cnki.djdxac.2009.04.00944大连交通大学学报第30卷的硅酸溶液,然后向溶液中滴加浓度为20%的盐酸溶液,来调节硅酸溶液的pH值,在一定温度下搅拌聚合一定时间后即可得到活化的硅酸溶液.分别称取一定量的氯化铝和氯化铁于烧杯中,以一定的Si/Al、Si/(Al+Fe)比配制成溶液,并将其置于三口烧瓶中,在一定温度下,恒温加热搅拌反应一段时间,再将活化后的硅酸加入到该溶液中,搅拌、反应一段时间,然后向生产的溶液中滴加10%的氢氧化钠,调节至一定的pH值后,再静置一段时间,即可得到聚硅氯化铝铁产品.2结果与讨论2.1硅酸的聚合硅酸聚合是相邻硅酸分子上羟基间的脱水聚合而形成具有硅氧键的聚合物.硅酸聚合过程极不稳定,极易凝结胶化,影响硅酸聚合过程的因素主要是pH和温度.二氧化硅的浓度与硅酸的聚合反应速度有关.在实际制备聚硅酸的过程中,二氧化硅浓度过高,硅酸的聚合反应速度较快,则硅酸的聚合度很难控制.但如果浓度过低,聚合反应速度又非常缓慢,也不利于实际生产应用.因此选择二氧化硅浓度为1.5%～2%,考察pH、温度两个因素的影响.2.1.1pH对硅酸聚合的影响在室温条件下,向硅酸钠溶液中加入20%的盐酸溶液,调节不同的pH,观察硅酸钠溶液胶化现象,记录从开始加入酸到出现凝胶化即当溶液出现乳白色,略显浅蓝色,且呈现