新型复合无机高分子絮凝剂的制备及其在水处理中的应用_张悦周

硫酸铝、硫酸亚铁及三氯化铁等，是传统无机盐类的低分子絮凝剂。随着水处理技术的发展，出现了许多无机高分子水处理药剂，如聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)等[1-3]。它们的效能较传统絮凝剂优异，且价格较有机高分子絮凝剂的低廉，已广泛应用在给水、工业废水以城市污水及水体富营养化等的处理中[4-7]。但是，这些无机高分子絮凝剂在形式、聚合度以及相应的凝集-絮凝行为等方面处于传统无机盐与有机高分子絮凝剂之间，分子量和絮凝架桥能力明显不如有机高分子絮凝剂[8]。与传统絮凝剂以及无机高分子水处理药剂相比，复合无机高分子絮凝剂优势明显，如广谱、低毒、原料低廉、处理效果好以及操作简单[9]，在水处理实践中得到了广泛的使用[10-12]，也深受絮凝剂研发者的青睐。新型复合无机高分子絮凝剂研究的最大特点，是在以Al或者Fe元素为核心的基础上大量引入Si，间或引入B、Mn、Ca以及Zn等微量元素，以实现各成分之间的协同效应发挥。根据复合无机高分子絮凝剂主要成分的不同，可分为聚硅酸铝盐、聚硅酸铁盐以及聚合铝铁盐三大类。本文总结了近年来国内外在其制备及水处理的应用研究进展，并对其研究前景进行展望。1复合无机高分子絮凝剂1.1聚硅酸铝盐(PAS)常见的有聚硅氯化铝(PASC或PSAC)和聚硅硫酸铝(PSAS或PASS)复合无机高分子絮凝剂，习惯上统一用聚硅酸铝(PAS)表示。其中以聚硅硫酸铝复合无机高分子絮凝剂的研究和使用最为广泛。目前，聚硅酸铝盐絮凝剂的制备首先是在硅酸钠(水玻璃)中加酸制得聚合硅酸，然后再与铝盐聚合[13]。这种方法得到的产品性质不够稳定，为解决这一问题，已有学者进行了一些新的尝试，例如赵华章等[14]以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源合成了PASC，研究其Al形态及Si形态分布，与常规方法（以硅酸钠为硅源）合成的PASC作了比较。实验结果表明，新方法合成的PASC具有铝硅分布均匀、分子量较大、产品重现性好的优点。两种方法合成的PASC具有相同的Al形态分布规律，即高分子量Al形态含量随B值（碱化度）和Si/Al摩尔比的增大而增加，Al形态随Si/Al摩尔比的变化程度随B值的增大而增大。另外试验发现，通过该新方法制得的絮凝剂中，Si形态分布也具有规律性并和Al形态具有相似的分布特征，但Si形态随Si/Al摩尔比的变化程度随B值的增大而减小。作者[15]进一步探讨了两种方法产生差异的原因，常规方法中硅铝在加碱条件下水解聚合前硅酸中可缩聚的活性基团大量减少是聚合收稿日期：2007-06-14作者简介：张悦周（1984-），男，硕士研究生，主要从事特殊工业废水处理的研究；联系电话：029-88488018；E-mail：zyzband@yahoo.com.cn。新型复合无机高分子絮凝剂的制备及其在水处理中的应用张悦周，吴耀国，胡思海，谭英（西北工业大学应用化学系，陕西西安710072)摘要:受水处理工程需要的牵引,以聚硅氯化铝、聚硅酸铁及聚硅酸铁铝为代表的三大类新型复合无机高分子絮凝剂的开发研制及应用研究近年来受到格外的关注,取得了不少新成果。综述了该三类絮凝剂制备工艺的改进及在水处理应用的研究进展,讨论了其混凝特性及可能的絮凝作用机理,展望了相应研究与实践的发展趋势,提出了值得继续深入研究的几个问题。关键词:复合无机高分子絮凝剂;聚硅氯化铝;聚硅酸铁;聚硅酸铁铝;水处理中图分类号:TQ314.253;X703.5文献标识码:A文章编号:1000-3770(2008)03-001-06第34卷第3期2008年3月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.34No.3Mar.,20081DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2008.03.001物中铝硅分布不均匀的原因。而对于改进后的方法来说，在水解前，TEOS分子与Al3+混合非常均匀，硅与铝的接触机会明显增多。TEOS水解后由于存在着新鲜活泼的羟基，除过少许部分会发生自身缩聚反应，其余马上与周围的水合铝离子或羟基铝络离子聚合，形成均匀的硅铝共聚物。同时，TEOS水解是一个相对缓慢的过程，这种缓慢的水解聚合反应使链转移和链终止的几率降低，从而产生更大分子量的聚合物。常规方法制得的PASC的Zeta电位随B值和Si/Al摩尔比的变化没有规律性，是该合成工艺产品重现性较差的缘故。赵奎霞等[16-17]的研究也证明，以高稳定性的有机硅代替聚硅酸加入到聚合铝是获得高性能PASC的有效途径。传统的微量加碱法制备的PASC总铝浓度低，给絮凝剂的运输和使用上造成成了诸多不便。除过通过改变硅源的方法来改进PASC的生产工艺外，研究人员试图通过加入非常规碱化剂的方法来得到性质优良的产品。如周维芝等[18]以铝酸钠为碱化剂，合成了高浓度具有不同Si/Al摩