3-氨基丙基三乙氧基硅烷制备有机-无机复合絮凝剂

第37卷第1期2019年1月石化技术与应用PetrochemicalTechnology&ApplicationVOl_37NO．1Jan．2019研究与开发(18～21)3一氨基丙基三乙氧基硅烷制备有机一无机复合絮凝剂姚彬一，张文存，朱瑞龙一，张玉荣(1．陕西省石油化工研究设计院．陕西西安710054；2．陕西省工业水处理工程技术研究中心，陕西西安710054)摘要：以3一氨基丙基三乙氧基硅烷和氯化铝为原料，采用微量滴碱法合成出有机一无机复合高分子絮凝剂，利用正交试验设计优化了合成条件，对最佳条件下合成的絮凝剂与聚合氯化铝进行了对比。结果表明：在碱液滴加时间为3．5h、氢氧化钠碱化度(B值)为2．0、原料Si／Al(摩尔比)为0．3的条件下，合成出的絮凝剂中Alb含量最高，其总铝浓度为0．25mol／L；该絮凝剂的除浊和脱色性能均优于传统絮凝剂聚合氯化铝。关键词：絮凝剂；复合型；有机；无机；硅烷偶联剂；聚合氯化铝中图分类号：TQ314；TQ253文献标志码：B文章编号：1009—0045(2019)0l一0018—04面对复杂的污水体系，使用单一类型的絮凝剂往往难以取得满意的处理效果。复合型絮凝剂能克服使用单一絮凝剂的不足之处，且可降低成本，提高絮凝性能，是近些年的研究热点。硅铝复合型絮凝剂作为一种新型的无机高分子复合絮凝剂，同时具有聚合铝和聚硅酸的特点，如较强的吸附架桥能力、絮体大而密实且易于沉降，及更广的pH值适用范围等⋯，已广泛应用。硅铝复合絮凝剂在制备过程中，加入的硅组分在水溶液中往往以si(OH)的形式存在，容易与其他硅羟基或羟基铝络合物发生缩聚反应形成网状凝胶，降低了絮凝剂的稳定性，而以线型结构为主的絮凝剂则可提高硅铝复合絮凝剂的溶解性和稳定性。传统的无机一有机复合型絮凝剂大多是将无机组分和有机组分通过复配或静电、配位作用结合在一起，结构较为松散，难以保持絮凝剂的稳定性，并不是真正的复合型絮凝剂。。而共价键型无机一有机复合絮凝剂其有机部分和无机部分通过共价键紧密地结合在一起，充分发挥了无机和有机絮凝剂的协同增效作用，且保证了产品具有更好的稳定性。因此，引入硅烷偶联剂，利用其特殊的有机基团，即Si原子通过一O一可与Al，Fe等无机絮凝剂共聚，从而制得共价键型无机有机一复合絮凝剂，增强硅铝复合型絮凝剂的絮凝性能。本工作以硅烷偶联剂和氯化铝为原料，采用微量滴碱法合成出新型有机一无机复合高分子絮凝剂，利用正交设计确定了合成条件，并将该条件下制备的絮凝剂和聚合氯化铝进行对比，以期为共价键型有机一无机复合絮凝剂的制备及应用提供理论依据。1实验部分1．1原材料3一氨基丙基三乙氧基硅烷(C。H，NO，Si)，郑州艾克姆化工有限公司生产。结晶氯化铝(A1CI·6HO)、浓盐酸、氢氧化钠、高岭土，均为分析纯，上海展云化工有限公司生产。腐殖酸，化学纯，灭津光复精细化工研究所生产。聚合氯化铝，郑州亿升化工有限公司。收稿日期：2018—09—10；修回日期：2018—09—28基金项目：陕西省重点科技创新团队资助项目(项目编号：20l5KCT一22)；延长石油集团科技计划资助项目(项目编号：YCSY2017JCYJ—A一04)作者简介：姚彬(1983一)，女，湖南长沙人，硕士，工程师。主要从事水处理化学品及煤燃料的研究工作，已发表论文18篇。第1期姚彬等．3一氨基丙基三乙氧基硅烷制备有机一无机复合絮凝剂1．2实验方法1．2．1有机一无机复合高分子絮凝剂的合成将结晶氯化铝、去离子水和浓盐酸配制成一定浓度的三氯化铝溶液，再向三口烧瓶中加入一定摩尔比的3一氨基丙基三乙氧基硅烷和三氯化铝溶液，使用电动搅拌器快速搅拌直至2者混合均匀后，在室温条件下，使用智能蠕动泵向烧瓶中缓慢滴加预定碱化度(B值，因素A)的氢氧化钠溶液，待氢氧化钠溶液滴加完毕，将所得溶液熟化，即得到有机一无机复合高分子絮凝剂。1．2．2混凝实验向1L实验配水中加入定量絮凝剂，使用混凝试验搅拌机先快速(300r／min)搅拌1min，随后慢速(40r／min)搅拌l2min，观察水样中絮体变化情况，待水样静置沉降30min后，取上清液测定相关水质指标。1．2．3AI的检测采用A1一Ferron逐时络合比色法进行测定，参照文献[8—9]。2结果与讨论2．1合成工艺优化铝系絮凝剂在水中的铝形态可分为单体铝形态(Ala)、中等聚合形态(Alb)和凝胶态(Ale)3类，其中起混凝沉降作用的主要是羟基铝形态的Alb或称为All3”，其含量越多，反应絮凝性能越好。选取原料Si／A1(因素C，摩尔比，下同)、B值和碱液滴加时间(因素B)为3因素，每个因素3个水平，设计3因素3水平正交表，选择最佳因素组合作为合成新型无机一有机复合高分子絮凝剂的试验条件，水平因素表如表l所列。表1水平因素表由表2可知