CN101298347A - 一种共价键型无机有机复合絮凝剂、制备工艺及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种共价键型无机有机复合絮凝剂、制备工艺及其应用。本发明以γ－氨丙基二乙氧基甲基硅烷(γ－Aminopropylmethyldiethoxysilane，APDES)和氯化铝溶液为原料，采用缓慢滴碱法制得共价键型无机有机复合絮凝剂。本发明优点是：该絮凝剂中无机组分和有机组分以共价键键合，具有良好的稳定性，除浊脱色效果好，最佳投药范围较宽，本发明共价键型无机有机复合絮凝剂，用于给水净化、废水处理过程中的除浊、脱色、脱油以及固液分离。

Description

一种共价键型无机有机复合絮凝剂、制备工艺及其应用

技术领域

本发明属于水处理领域中高分子絮凝剂的合成技术领域，具体地说，本发明涉及一种共价键型无机有机复合絮凝剂、制备工艺及其应用。

背景技术

混凝过程是水处理工程中应用最广泛、最普遍的单元操作技术。混凝处理效果直接决定着后续处理流程的运行工况、最终出水质量和成本费用。絮凝效果好坏很大程度上取决于絮凝剂。无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂是当前水处理中应用较多的两类絮凝剂。无机高分子絮凝剂价格相对便宜，但具有分子量低，在水中稳定性差，投药量高，产生污泥量大等缺点。有机高分子絮凝剂具有官能团多，分子量大，用量少，沉降速度快，适用范围广，污泥量少且易于脱水等优点；缺点是价格较高，对较细小颗粒的去除能力差，最佳投药范围窄，不易操作等。为综合二者的优点，水处理过程中常采用分步投加的方法，将无机和有机高分子絮凝剂联用以达到较好的处理效果。这虽然在一定程度上达到了优势互补的目的，但随之而来的是操作工艺繁琐，设备投资大，使用成本相对偏高等。基于此，无机有机复合絮凝剂应运而生，它不但能达到与分步投加无机和有机絮凝剂同等甚至更好的絮凝效果，而且由于一次性加药简化了操作工艺，在提高处理效率的基础上降低了设备投资成本和废水处理成本。

目前，无机和有机絮凝剂的复合主要集中在铝系、铁系、铁铝系、聚硅酸盐等无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂，如甲壳素、聚丙烯酰胺(PAM)、二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)等之间的不同组合。如专利CN1266821A中以聚合氯化铝和脱乙酰甲壳素制备无机有机复合絮凝剂；专利CN1393410A中以二氰二胺与甲醛的聚合物、聚硫氯化铝和聚硫氯化铝钙制备无机有机复合絮凝剂；专利CN1554592A中采用丙烯酰胺、N，N-二甲基二烯丙基氯化铵或(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵和氢氧化铝(氢氧化铁、氢氧化镁、氢氧化锌)制备无机有机复合絮凝剂；专利CN1594128A中则采用聚合铝和二甲基二烯丙基氯化铵制备无机有机复合絮凝剂；专利CN1724404A中原料为聚合铁和二甲基二烯丙基氯化铵。但这类复合絮凝剂中无机组分和有机组分的“复合”，仅仅是通过配位或静电作用松散地结合在一起的，难以保持絮凝剂的稳定性，从而影响在实际水处理中的应用。因此严格来说这类絮凝剂只能称为“复配”，而不是真正意义上的“复合”。真正复合的无机有机复合絮凝剂中应存在着连接无机组分和有机组分的共价键，即共价键型无机有机复合絮凝剂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供了一种共价键型无机有机复合絮凝剂、制备工艺及其应用。

本发明目的是通过如下措施来实现：本发明以γ-氨丙基二乙氧基甲基硅烷(γ-Aminopropylmethyldiethoxysilane，APDES，分子式为NH₂C₃H₆CH₃Si(OC₂H₅)₂)和AlCl₃溶液为原料，制备共价键型无机有机复合絮凝剂。共价键型无机有机复合絮凝剂是无机组分和有机组分以共价键复合，总铝浓度0.05～0.25mol/L，Si/Al摩尔比0.1～0.4，碱化度0.5～2.0，pH值为3.50～4.50。

本发明反应结构式是：

反应式中的水来自AlCl₃溶液中的水和NaOH溶液中的水。反应后Al是一种聚合态。

共价键型无机有机复合絮凝剂的制备工艺，将γ-氨丙基二乙氧基甲基硅烷APDES和AlCl₃溶液混合后，采用缓慢滴碱法制得共价键型无机有机复合絮凝剂。

具体制备工艺如下，向三口烧瓶中，按Si/Al摩尔比0.1～0.4，定量加入AlCl₃溶液和γ-氨丙基二乙氧基甲基硅烷，混合后于室温下快速搅拌，采用恒流泵滴加NaOH溶液，NaOH摩尔数与AlCl₃之比为0.5～2.0，至碱化度B＝0.5～2.0，所得溶液静置待完全反应后，即得到共价键型无机有机复合絮凝剂。

共价键型无机有机复合絮凝剂的应用，用于给水净化、废水处理过程中的除浊、脱色、脱油以及固液分离。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1共价键型无机有机复合絮凝剂的有机组分为γ-氨丙基二乙氧基甲基硅烷的有机官能团，通过C-Si与Si原子相连，无机组分为铝盐，铝盐水解后通过Al-O-Si键(AlCl₃水解后Al与O原子相连)与Si原子相连，实现了无机组分和有机组分的以共价键形式复合。

2共价键型无机有机复合絮凝剂具有除浊脱色效果好，最佳投药范围较宽等特点。

具体实施方式

下面列举1个实施例和2个应用实例，对本发明加以进一步说明，但不限于此。

实例1：

共价键型无机有机复合絮凝剂，总铝浓度0.2mol/L，Si/Al摩尔比为0.4，碱化度B为2.0，pH值为4.4。

制备方法如下：

向三口烧瓶中按预定的Si/Al摩尔比分别定量加入50mL，浓度为1.0mol/L的AlCl₃溶液和4.32mL的APDES。然后于室温下快速搅拌，采用恒流泵缓慢滴加200mL，浓度为0.5mol/L的NaOH溶液至预定的B值，即NaOH摩尔数与AlCl₃之比为2.0，滴定时间为3小时，所得溶液静置待反应完全后，即得到总铝浓度为0.2mol/L的产品。

应用实例之1

将以上实例1制备的共价键型无机有机复合絮凝剂产品用于高岭土浑浊水的混凝除浊处理，同时与传统铝盐絮凝剂——聚合氯化铝(简称PAC，碱化度2.0)作对比。原水浊度为90NTU，pH值7.8。处理结果列于表1中。

表1  不同投药量(以Al计，mol/L)，共价键型无机有机复合絮凝剂实例1处理后，水的剩余浊度(NTU)的混凝除浊效果

从表1可以看出，本发明方法制备的共价键型无机有机复合絮凝剂具有比聚合氯化铝更优的除浊效果。

应用实例之2

将以上实例1制备的共价键型无机有机复合絮凝剂产品用于含腐殖酸的有色水的混凝脱色处理，同时与传统铝盐絮凝剂——聚合氯化铝(简称PAC，碱化度2.0)作对比。原水色度以370nm吸光值表示，其值为0.250。pH值为6.0。处理结果列于表2中。

表2  不同投药量(以Al计，mol/L)，共价键型无机有机复合絮凝剂实例1处理后，水的剩余色度的混凝脱色效果

从表2可以看出，本发明方法制备的共价键型无机有机复合絮凝剂具有比聚合氯化铝更优的脱色效果，并且最佳投药量范围更宽。

Claims (4)

1.一种共价键型无机有机复合絮凝剂，其特征在于原料为γ-氨丙基二乙氧基甲基硅烷APDES和氯化铝，复合絮凝剂是无机组分和有机组分以共价键复合，总铝浓度0.05～0.25mol/L，Si/Al摩尔比0.1～0.4，碱化度0.5～2.0，pH值为3.50～4.50。

2.由权利要求1共价键型无机有机复合絮凝剂的制备工艺，其特征在于，将γ-氨丙基二乙氧基甲基硅烷APDES和氯化铝溶液混合后，采用缓慢滴碱法制得共价键型无机有机复合絮凝剂。

3.按照权利要求2所述的共价键型无机有机复合絮凝剂的制备工艺，其特征在于，按Si/Al摩尔比0.1～0.4，定量取氯化铝溶液和γ-氨丙基二乙氧基甲基硅烷混合后于室温下快速搅拌，采用恒流泵滴加NaOH溶液，NaOH摩尔数与氯化铝之比为0.5～2.0，至碱化度B＝0.5～2.0，所得溶液静置待完全反应后，即得到共价键型无机有机复合絮凝剂。

4.由权利要求1所述的共价键型无机有机复合絮凝剂的应用，用于给水净化、废水处理过程中的除浊、脱色、脱油以及固液分离。