聚鐵基復合絮凝劑的研究.pdf

1、絮凝劑是重要的水處理材料，是絮凝法水處理技術的關鍵和基礎。目前，國內外主要使用鋁鹽絮凝劑。由于鋁鹽絮凝劑效率較低且存在環(huán)境問題，在我國及世界，絮凝劑的研究與應用水平都有待創(chuàng)新和提高。目前，世界上絮凝劑的研究主要向著高效低耗、安全無害、無二次污染方向發(fā)展。研究高效低耗、安全無害的鐵系復合絮凝劑屬于絮凝科學領域的研究前沿之一。本研究利用鈦白副產物FeSO4·7H2O為原料，研究了聚鐵基復合絮凝劑的制備與絮凝作用機理，為研究和應用鐵系復合絮凝

2、劑作了有益的探索和努力。 主要研究內容有：聚鐵基無機高分子復合絮凝劑聚硅硫酸鐵(PFSiS)的研究；聚鐵基淀粉改性無機/有機復合絮凝劑(PFS-CSM)的研究。PFSiS和PFS-CSM的研究都包括了制備研究、絮凝作用機理研究、絮凝效果研究、水處理應用試驗等。 本研究中，制備PFSiS聚鐵基復合絮凝劑的主要研究內容有：①、以鈦白生產副產物七水硫酸亞鐵為原料，合成無機高分子絮凝劑聚合硫酸鐵；②、以水玻璃制出活化聚硅酸高聚物

3、；③、聚合硫酸鐵與活化聚硅酸復合制得新型高分子復合絮凝劑PFSiS。研究結果表明：SiO2(％)為1.4～2.0％，Fe/Si摩爾比為0.8～1.2，PFSiS的pH值為1.5～1.8，硅酸活化時間在1～18h，可獲得絮凝性能優(yōu)異且穩(wěn)定性較好的絮凝劑。制備的PFSiS，因不含Al3+等環(huán)境污染物、原料為工業(yè)副產物，所以具有以下優(yōu)點：①、安全無害、無二次污染；②、高效低耗，可部分取代價格昂貴的有機合成高分子絮凝劑且無毒性；③、成本低廉，附

4、加值高。 在絮凝作用機理研究方面，利用微電泳技術等，探索了PFSiS絮凝作用機理，揭示了起絮凝作用的優(yōu)勢形態(tài)，為絮凝劑的研制開發(fā)提供了依據。通過研究PFS、聚合硅酸(PSi)及PFSiS的pH變化規(guī)律發(fā)現：在制備初期，PFSiS并未達到化學平衡狀態(tài)，而是存在一個相互作用、自行調整聚合的過程，表現在其pH值存在一個變化過程。本研究還利用紫外—可見光譜探索了聚鐵基復合絮凝劑的作用機理。紫外—可見吸收光譜研究顯示：在200～1000n

5、m的波長范圍，PSi無明顯吸收。在200～400nm的波長范圍，PFSiS和PFS有清晰的吸收光譜，但各自的光譜特征差異較大。在酸性環(huán)境中，隨著pH值升高，差異越明顯，這說明，當pH值偏高時，PFSiS中各成分的反應活性更強，PFS與PSi更容易發(fā)生化學反應而形成新的聚合物形態(tài)。通過紫外—可見光譜研究以及PFS、PFSiS與PSi的pH值隨時間的動態(tài)變化規(guī)律研究表明：PFSiS不是PFS、PSi的簡單混合，是復合。在PFSiS中，硅與鐵

6、發(fā)生了不同程度的相互作用，使各自的形態(tài)發(fā)生了不同的變化。這種作用又與溶液的pH值有關。在不同pH值條件下，鐵與硅相互作用程度不同。 本文還研究了PFSiS中硅的形態(tài)分布與轉化規(guī)律。通過Si-Mo逐時絡合比色法研究表明：pH值較低(如pH為0.64)時，陳化一定時間后，在PFSiS中的PSi主要是高聚體或凝膠態(tài)(Sic)；pH值較高(如pH為1.46和1.70)時，陳化一定時間后，PFSiS中的PSi中聚體(Sib)含量比較低pH

7、值時要高。通過絮凝性能研究得出：PFSiS在pH值為1.46和1.70時絮凝效果比低pH值時更好，由此證明，PFSiS中，PSi的優(yōu)勢絮凝形態(tài)為中聚體(Sib)。 Zeta電位測定研究表明：PFSiS的電荷特性受SiO2含量、Fe/Si摩爾比及酸度等因素影響。對PFSiS的絮凝作用機理研究表明：PFSiS的電中和作用不顯著，其絮凝作用機理，表現出較明顯的吸附架橋和網捕卷掃特征。 通過PFSiS與PFS、PAC處理中藥制藥

8、廢水等的對比試驗表明：PFSiS的絮凝效能最佳，對水中CODCr去除率最高，且對水質適應性較好。 本研究中，制備PFS-CSM的主要研究內容如下：①、用鈦白生產廢渣七水硫酸亞鐵為原料，合成無機高分子絮凝劑聚合硫酸鐵。②、用少量有機胺和鹵代烷合成有機陽離子絮凝劑CF，再利用CF對淀粉進行改性，制得陽離子改性淀粉CSM。③、用自制聚鐵與陽離子改性淀粉合成聚鐵基淀粉改性無機/有機復合絮凝劑(PFS-CSM)。通過正交對比實驗等，確定了

9、制備復合絮凝劑PFS-CSM的最佳工藝條件：有機胺與鹵代烷摩爾比為1：1，反應溫度為45℃，反應時間為1h，合成陽離子絮凝劑CF。淀粉預膠化過程中控制淀粉投加濃度為10％，NaOH固體加量為淀粉干基的5％，預膠化溫度為65℃～75℃左右，預膠化時間為2h。陽離子絮凝劑CF與改性淀粉有效質量比為1.5：1，活化時間為30s，接枝溫度恒定在50℃～60℃，接枝時間為2h左右。聚鐵與陽離子改性淀粉的投料比(質量比)為3：1，反應溫度為60℃，

10、反應時間為3h。研究的PFS-CSM，具備以下優(yōu)點：①、不含Al3+；②、成本低廉；③、通過無機/有機復合，可望發(fā)展出新的高效集成化混凝處理技術。 由絮凝試驗及顯微照像技術得出：PFS-CSM絮凝過程主要表現為吸附架橋和網捕卷掃的典型特征。PFS-CSM的最佳絮凝pH范圍為7.0～9.0，最佳絮凝形態(tài)是產生Fe(OH)4-后在此基礎上進一步聚合成帶正電的鐵基高聚物。綜合分析表明，其優(yōu)異的絮凝性能是由其特殊的分子結構決定的，是電性