聚硅酸聚合氯化铁复合型絮凝剂的制备及性能研究

聚硅酸氯化铝絮凝剂的研制及性能研究1. 前 言： 聚硅酸盐是近年来发展起来的一类新型的无机高分子絮凝剂，它是在活化硅酸及传统的铝盐﹑铁盐等无机絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合物，用于废水处理时，同时具有电中和作用和吸附架桥作用，因而絮凝效果较好。

且其原料来源广泛，价格低廉，安全无毒，已成为目前国内外无机高分子絮凝剂研究领域内的一个热点[3]。

本实验主要研究影响聚硅酸氯化铝絮凝剂絮凝性能和稳定性的因素。

为工业生产及应用提供可行性报告。

工业废水的处理方法有很多，有生化法﹑絮凝沉降法﹑电渗析法﹑离子交换法和化学氧化法等。

其中絮凝沉降法是应用广，成本低的常用处理方法，它往往决定着后续流程的运行，最终出水质量和成本费用，是一种经济又简便的水处理技术[9]。

而高效的絮凝沉降过程关键在于恰当的选择和投加性能优良的絮凝剂。

1.1絮凝沉降过程机理： 废水中所含的悬浮物和溶胶其大小在10-9～10-3m范围内。

由于这些微粒不是以分子状态分散到介质水中的，所形成的体系仍具有很大的界面，属于热力学不稳定体系，但这些颗粒物自动聚集由小颗粒变成大颗粒从分散介质中沉淀出来的速率却很慢，其主要原因之一是悬浮物及溶胶表面是带电的，由于颗粒间同性电相斥而不相互聚集。

投加絮凝剂是悬浮体或溶胶聚集与介质分开。

这种处理叫絮凝分离。

絮凝过程分为两个部分：一，凝聚作用：在胶体体系中添加化学药剂，使溶胶相互接触脱稳而聚结成一定粒径的聚集体；二，絮凝作用：已经脱稳的聚集体由于碰撞、化学沉积、共同沉淀等作用进一步聚集成絮状体（矾花），成为可借重力下降的粒子。

根据DLVO理论，用胶体颗粒间的吸引能和排斥能的相互作用产生的相互作用能来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原因。

胶体的脱稳的作用机理主要是以下几个方面。

胶体的捕集：在化学处理中，为了捕集胶体，要使用大良的絮凝剂。

通常为铝盐和铁盐。

在水溶液中铝盐和铁盐无机絮凝剂发生水解，形成水合金属氢氧化合物高分子。

无机高分子絮凝剂作为一种新型的水和污水处理试剂，从上个世纪六十年代开始，在全球范围内发展迅速[1，2]。

由于它相对于传统的铁盐和铝盐絮凝剂具有价格便宜和絮凝效率较高的优势，在许多国家得到了不同程度的研究。

经过几十年的发展，现阶段的研究热点主要是复合型无机高分子絮凝剂的开发研制，其中以铁硅、铝硅为重要研究对象[3，4]。

虽然铝系絮凝剂因其良好的絮凝效率和相对成熟的制造工艺，成为生活污水和生产污水处理中应用最广、市场占有率最大的絮凝剂类型，但是因为处理后水体中残留的铝离子在进入人体后会产生生物累积现象，造成人体的智力发育缓慢等健康疾病，铁系絮凝剂作为一种高效廉价安全的替代品，引起了越来越为广泛的关注。

但是传统的铁系絮凝剂如聚合硫酸铁、聚合氯化铁处理后的水体铁离子残余量较高，引起水体的“返黄”现象，为解决以上问题，近年来复合型铁系絮凝剂的研究进展较快。

本文在聚合氯化铁的基础上添加不同比例的活性硅酸以制备不同性状的聚硅氯化铁，并研究比较其絮凝效率，利用Fe-Ferron比色法进行形态表征，对聚硅氯化铁的制备进行了初步的探索。

该样品絮凝效率较高，且较好的解决了水体“返黄”现象。

1 实验部分1.1 仪器与试剂恒温磁力搅拌机(HJ-3型)，721分光光度计，智能型六联混凝搅拌机(MY3000-6D型)，数字浊度计(WGZ-1型) 。

FeCl3·6H2O，Na2SiO3·9H2O，NaHCO3， CH3COONa，Ferron 试剂，硫酸皆为AR级试剂。

1.2 聚硅氯化铁（PFSi）的制备方法活性硅酸的制备：在磁力高速搅拌的条件下，于一定量的稀盐酸中缓慢滴加浓度为0.2 mol/L的Na2SiO3，至一定pH时(利用精密pH试纸测定)，用氟硅酸盐容量法标定其硅含量。

PFSi的制备：在磁力高速搅拌的条件下，按照一定的Fe/Si比，在浓度为1mol/L的FeCl3中缓慢加入活性硅酸，全部混合后继续搅拌熟化一定时间，然后在剧烈搅拌的情况下按照一定的碱化度(B值)，用微量滴定管缓慢加入一定量浓度为0.5mol/L的NaHCO3，全部混合后继续搅拌熟化0.5 h，共制备出1#～5#五种样品。

聚硅酸氯化铁锆混凝剂的制备及性能研究
艾孙阳;黄向阳;吴小刚;王依晴
【期刊名称】《水处理技术》
【年(卷),期】2024(50)3
【摘要】为解决微污染水体中无机、有机污染物问题,开发绿色安全的混凝剂,以硅酸钠、氯化铁、氯化锆为原料制备聚硅酸氯化铁锆。

选取高岭土和黄腐酸(FA)分别模拟微污染水体中无机和有机污染物,采用单因素法探究混凝剂的最佳制备条件和混凝条件。

实验结果表明:在n(Fe)/n(Zr)为0.3、n(Fe+Zr)/n(Si)为1.0、碱化度为0.3的条件下聚硅酸氯化铁锆性能最好;在水样pH为7~8、投加量为2.5 mL/L、水样温度为15~20℃的条件下聚硅酸氯化铁锆效率最高,浊度和UV_(254)去除率分别为98.81%和83.58%。

采用SEM、FTIR、XRD进行结构表征,可知聚硅酸氯化铁锆是聚硅酸和Fe^(3+)、Zr^(4+)络合成一种无特征衍射峰的无定型聚合物。

【总页数】5页(P48-52)
【作者】艾孙阳;黄向阳;吴小刚;王依晴
【作者单位】长江大学城市建设学院
【正文语种】中文
【中图分类】X703.5
【相关文献】
1.聚硅酸氯化铁絮凝剂的制备及其性能研究
2.新型混凝剂聚磷氯化铁的制备及性能研究
3.聚硅氯化铁混凝剂的制备及其对微污染源水混凝性能的研究
4.新型混凝剂聚硅氯化铁的制备及性能研究
5.新型混凝剂含硼聚硅酸氯化铁的应用性能研究
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聚硅酸复合絮凝剂的结构和絮凝机理研究杜杰张诚'西安长庆科技工程有限责任公司陕西西安'西北工业大学理学院应用化学系陕西西安'摘要介绍了聚硅酸复合絮凝剂的结构并采用*光衍射分析方法和透射电镜对其形态和絮凝机理进行了分析结果表明该絮凝剂具有很好的稳定性和较佳的处理效果是一种较%更加优良的絮凝剂关键词无机絮凝剂絮凝机理应用中图分类号$ ''文献标志码%文章编号# & '& & '# ! ##! # %! ## ! ##!!+ .A-( -.'# ",""& " "#'/!'!!" " 0'!! 01 % &$ % &# '"! # %0)/3 ) 1( . 1 3 .0) 11 )( 2(3 1.( () .$-.( .( 0) 11 )(.1-( 3 0 -.0)11 )( 2. . 4.3 ( ./*(/ 00 (1 . .(( 3 33 .).1 1 31 /$-. .3 ) 33- 2. -( -. 1 3 .0) 11 )(-(3 ( ) /(.00 1 .1/ 0) 11 )(52(31-. . -( %($%& ! ( 10) 11 )( 0) 11 )(.1-( 3 () 1(一般来讲复合型的絮凝剂是一种混合物没有固定的分子结构笔者制备了聚硅酸复合絮凝剂并分析了制备过程中各成分对絮凝剂结构形态和性能的影响试验部分试剂和仪器硅酸钠硫酸铁硫酸锌四硼酸钠均为分析纯%均为市售=& 型精密计*+& 型"!消解仪,!=& >光电式浊度仪彩色生物电视显微镜!*!&55型微电泳仪!%*&'型*光粉末衍射仪&# 型透射电子显微镜%& 型烘箱聚硅酸复合絮凝剂的制备配制一定浓度的硅酸钠溶液然后用硫酸调值为在室温下聚合一段时间加入硫酸铁硫酸锌和四硼酸钠溶液搅拌均匀控制一定的值条件下熟化-最终得到红褐色的液体产品分析方法射线衍射分析法将液体样品置于烘箱中低温烘干固化研磨成粉末状在*射线衍射仪上进行分析电子显微镜分析法吸取少量液体样品滴到带有支持膜的铜网上用滤纸吸去多余液体自然晾干后放入透射电子显微镜放大万倍观察絮凝剂的结构并拍照聚硅酸复合絮凝剂的结构和絮凝机理分析衍射图谱分析陈化前后聚硅酸复合絮凝剂的*射线衍射图第'卷第期'年月供水技术6%$78$7 9"",:;) '9%'谱见图 和图'图 未经陈化的絮凝剂的"射线衍射图谱5)) 3 ( 0 ( . 0) 11 )(2 -* (/ 00 (1 ..图 陈化 #的絮凝剂的"射线衍射图谱 ' 5)) 3 ( 0' -( 0) 11 )(2 -* (/ 00 (1 . .由图 可知 硫酸铁 硫酸锌等晶体物质在衍射图谱上产生明显的特征衍射峰 说明这时的絮凝剂只是简单的共混物 而从图'可以看出 图谱的峰形由明显的晶体形态转向非晶体形态 不存在硫酸铁 硫酸锌 四硼酸钠等物质的衍射峰 说明> . A'等已参加了反应 与聚硅酸共同形成了无定形聚合物可以推测在水溶液中 聚硅酸对 . A ' 有螯合和吸附作用 可能还存在> . A ' 与聚硅酸等的相互作用 抑制了聚硅酸的胶凝 并在一定条件下达到平衡 最终生成多核多羟基配位络合物 使复合絮凝剂呈液态并较稳定显微镜分析结果硅酸聚合时间对絮凝剂结构的影响取硅酸聚合时间为 ' 的絮凝剂做电镜观察 结果表明聚合 的聚合物呈现树枝状结构 随着聚合时间的增加 聚合物形状及大小发生明显的变化 聚合 后絮凝剂的树枝状结构增多并且链和在一起 聚合 ' 后聚集体结构已变成网状结构硅酸的聚合时间对聚集体的结构有较大的影响 硅酸的加入使得复合絮凝剂具有更大的聚集度和较好的分支情况 复合絮凝剂对水体中的胶体颗粒具有更强的吸附架桥能力 复合絮凝剂的聚集度和分支情况随硅酸聚合时间的增大而变大 铁含量对絮凝剂结构的影响取硅和铁物质的量比为 C C' C 的絮凝剂进行电镜分析 结果表明不同比例下其枝化形态及大小不同 随着铁含量的增加 样品的聚合度提高这是由于在复合絮凝剂中 聚硅酸和铁离子及铁的水解产物产生了相互作用 铁与硅以非离子性键合 聚铁离子中起架桥作用的" 与聚合硅酸中= &" 基之间进一步形成氢键 在原有的链状结构中还会生成支链 从而使其自由度降低 这种相互作用受硅和铁物质的量比影响较大 达到一定程度后 可产生不同的聚合形态结果表明 铁的加入可提高样品的聚集度 生成更大的聚合物 会有更好的絮凝效果 但是随着聚合度的增加 产品的稳定性将会下降 因此 在制备聚硅酸絮凝剂时 要选择合适的硅铁比 达到稳定性和絮凝效果的最佳结合锌和硼对絮凝剂结构的影响引入的硼和锌参与了与聚硅酸的聚合反应 与聚硅酸胶粒之间存在键合作用 这阻止了聚硅酸胶粒与胶粒之间的进一步聚合 提高了其稳定性 硼不仅与聚硅酸胶粒存在作用 还参与了铁离子的水解聚合反应 在一定程度上改变了聚硅酸和铁盐水解聚合产物的形态结构 增加了絮凝和稳定的有效组分 从而提高了其絮凝和稳定性能通过观察复合絮凝剂的电子显微镜图像可以看出 随着锌和硼含量的增加 形成链网状结构的倾向增加 硅铁锌硼的物质的量比为 C C' C 时具有明显的网状结构 为 C C C 时形成的网状结构更为致密 正是由于这种特殊的空间立体网状结构具有表面积大且吸附力强的特点 使聚硅酸复合絮凝剂在絮凝过程中可以充分发挥吸附架桥网捕沉淀的作用 产生良好的絮凝吸附特性 絮凝剂的应用采用某生活小区排放的生活污水为试验原水下转第' 页第'卷 第 期供 水 技 术' 年 月相关性当反应体系到达一定温度后降解效率升高的幅度减小增加臭氧和催化剂的投量均可以提高$"的氧化降解效率参考文献. .> D( .);.)..9( ()/ 1? ((3 (4( 1.B( .1-) /02( ..(.+( ()/3 3$ (/# & ' '井立强徐自力孙晓君等A"和$ "'粒子的光催化活性及其失活与再生+催化学报''&,4G(( ) 3% D 6//1- (.3=,=. 1 1 (33 3 .- . ((0) /.( (0.00) ./% .A"+-.3-. .''& '(6+(,6( %(. .A"1( ()/3.-( 1. -.? ( 0'# 1-) -.)2( .+)) 3(= 0(1.3%-/3 1 1-. 1()( 7..%3 .1 3''# & &+:-( ()/ 1.130? .( !-) .? 1(1 !>% -. .3. 1. 0(3 ?.A"+%) . ( ()/3 3> 7 4. ()'# ## & '&'# >( .+H!. .(0? .2( ./ -.. -+6( .8.3.( 1-& #>.) (+"? . .(1 . 1302( .(2(3 .2( .3/3 . 3 =%.2 3) 3-.'赵雷孙志忠马军蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中草酸的研究+环境科学'''&'电话# #B?-.''# 1收稿日期'& #&上接第'页进行试验污水呈灰色值为浊度为' 9$ "!为'采用常见的无机絮凝剂聚铁聚合氯化铝%和制备的聚硅酸复合絮凝剂在各自的最佳投加剂量下进行絮凝处理对处理后的水样测定浊度"!结果见表表不同絮凝剂处理效果$($ .(..00 1 .1/0 00. .0) 11 )( 3项目%聚硅酸复合絮凝剂浊度9$ ##"!& '结果表明聚硅酸复合絮凝剂对生活污水有优异的除浊和除"!性能浊度及"!去除率分别达到# 优于聚铁聚合氯化铝使用彩色生物电视显微镜观察絮体的形态发现采用聚硅酸复合絮凝剂所形成的絮体粗大而密实沉降快优于传统的无机絮凝剂%结论通过试验确定了聚硅酸复合絮凝剂制备的最佳工艺条件硅酸钠溶液浓度为)聚硅酸聚合时间为= C .E C= C A E C > C = E C*射线衍射图谱分析表明该絮凝剂并非简单的共混物而是> .A'与聚硅酸共同形成的无定形聚合物该絮凝剂的投加量小适用的范围较为宽广絮体沉降性能好沉速快除浊脱色和除"!的综合效果要好于聚铁和聚合氯化铝等传统无机高分子絮凝剂该絮凝剂稳定性较好可以在室温下保持有良好的储存性絮凝剂的制备条件简单可操作性强适于规模生产具有一定的应用价值参考文献魏复盛徐晓白阎吉昌等水和废水监测分析方法指南中册北京中国环境科学出版社作者简介杜杰& 男硕士研究方向为水处理药剂及其技术< . 2 # 1收稿日期'& #&'年月赵大鹏等A" "工艺降解水中微量有机物的研究第'卷第期。