聚鐵基復(fù)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(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)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(wèn)題，在我國(guó)及世界，絮凝劑的研究與應(yīng)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(wú)害、無(wú)二次污染方向發(fā)展。研究高效低耗、安全無(wú)害的鐵系復(fù)合絮凝劑屬于絮凝科學(xué)領(lǐng)域的研究前沿之一。本研究利用鈦白副產(chǎn)物FeSO4·7H2O為原料，研究了聚鐵基復(fù)合絮凝劑的制備與絮凝作用機(jī)理，為研究和應(yīng)用鐵系復(fù)合絮凝

2、劑作了有益的探索和努力。 主要研究?jī)?nèi)容有：聚鐵基無(wú)機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑聚硅硫酸鐵(PFSiS)的研究；聚鐵基淀粉改性無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)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(jī)理研究、絮凝效果研究、水處理應(yīng)用試驗(yàn)等。 本研究中，制備PFSiS聚鐵基復(fù)合絮凝劑的主要研究?jī)?nèi)容有：①、以鈦白生產(chǎn)副產(chǎn)物七水硫酸亞鐵為原料，合成無(wú)機(jī)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(fù)合制得新型高分子復(fù)合絮凝劑PFSiS。研究結(jié)果表明：SiO2(％)為1.4～2.0％，F(xiàn)e/Si摩爾比為0.8～1.2，PFSiS的pH值為1.5～1.8，硅酸活化時(shí)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(chǎn)物，所以具有以下優(yōu)點(diǎn)：①、安全無(wú)害、無(wú)二次污染；②、高效低耗，可部分取代價(jià)格昂貴的有機(jī)合成高分子絮凝劑且無(wú)毒性；③、成本低廉，附

4、加值高。 在絮凝作用機(jī)理研究方面，利用微電泳技術(shù)等，探索了PFSiS絮凝作用機(jī)理，揭示了起絮凝作用的優(yōu)勢(shì)形態(tài)，為絮凝劑的研制開(kāi)發(fā)提供了依據(jù)。通過(guò)研究PFS、聚合硅酸(PSi)及PFSiS的pH變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)：在制備初期，PFSiS并未達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)，而是存在一個(gè)相互作用、自行調(diào)整聚合的過(guò)程，表現(xiàn)在其pH值存在一個(gè)變化過(guò)程。本研究還利用紫外—可見(jiàn)光譜探索了聚鐵基復(fù)合絮凝劑的作用機(jī)理。紫外—可見(jiàn)吸收光譜研究顯示：在200～1000n

5、m的波長(zhǎng)范圍，PSi無(wú)明顯吸收。在200～400nm的波長(zhǎng)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(shuō)明，當(dāng)pH值偏高時(shí)，PFSiS中各成分的反應(yīng)活性更強(qiáng)，PFS與PSi更容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成新的聚合物形態(tài)。通過(guò)紫外—可見(jiàn)光譜研究以及PFS、PFSiS與PSi的pH值隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究表明：PFSiS不是PFS、PSi的簡(jiǎn)單混合，是復(fù)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(guān)。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(zhuǎn)化規(guī)律。通過(guò)Si-Mo逐時(shí)絡(luò)合比色法研究表明：pH值較低(如pH為0.64)時(shí)，陳化一定時(shí)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(shí)，陳化一定時(shí)間后，PFSiS中的PSi中聚體(Sib)含量比較低pH

7、值時(shí)要高。通過(guò)絮凝性能研究得出：PFSiS在pH值為1.46和1.70時(shí)絮凝效果比低pH值時(shí)更好，由此證明，PFSiS中，PSi的優(yōu)勢(shì)絮凝形態(tài)為中聚體(Sib)。 Zeta電位測(cè)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(duì)PFSiS的絮凝作用機(jī)理研究表明：PFSiS的電中和作用不顯著，其絮凝作用機(jī)理，表現(xiàn)出較明顯的吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃特征。 通過(guò)PFSiS與PFS、PAC處理中藥制藥

8、廢水等的對(duì)比試驗(yàn)表明：PFSiS的絮凝效能最佳，對(duì)水中CODCr去除率最高，且對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性較好。 本研究中，制備PFS-CSM的主要研究?jī)?nèi)容如下：①、用鈦白生產(chǎn)廢渣七水硫酸亞鐵為原料，合成無(wú)機(jī)高分子絮凝劑聚合硫酸鐵。②、用少量有機(jī)胺和鹵代烷合成有機(jī)陽(yáng)離子絮凝劑CF，再利用CF對(duì)淀粉進(jìn)行改性，制得陽(yáng)離子改性淀粉CSM。③、用自制聚鐵與陽(yáng)離子改性淀粉合成聚鐵基淀粉改性無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合絮凝劑(PFS-CSM)。通過(guò)正交對(duì)比實(shí)驗(yàn)等，確定了

9、制備復(fù)合絮凝劑PFS-CSM的最佳工藝條件：有機(jī)胺與鹵代烷摩爾比為1：1，反應(yīng)溫度為45℃，反應(yīng)時(shí)間為1h，合成陽(yáng)離子絮凝劑CF。淀粉預(yù)膠化過(guò)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(yù)膠化溫度為65℃～75℃左右，預(yù)膠化時(shí)間為2h。陽(yáng)離子絮凝劑CF與改性淀粉有效質(zhì)量比為1.5：1，活化時(shí)間為30s，接枝溫度恒定在50℃～60℃，接枝時(shí)間為2h左右。聚鐵與陽(yáng)離子改性淀粉的投料比(質(zhì)量比)為3：1，反應(yīng)溫度為60℃，

10、反應(yīng)時(shí)間為3h。研究的PFS-CSM，具備以下優(yōu)點(diǎn)：①、不含Al3+；②、成本低廉；③、通過(guò)無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合，可望發(fā)展出新的高效集成化混凝處理技術(shù)。 由絮凝試驗(yàn)及顯微照像技術(shù)得出：PFS-CSM絮凝過(guò)程主要表現(xiàn)為吸附架橋和網(wǎng)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(chǎn)生Fe(OH)4-后在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(jié)構(gòu)決定的，是電性