CN102120623A

CN102120623A - 一种聚合硫酸铝铁絮凝剂的制备方法

Info

Publication number: CN102120623A
Application number: CN 201110031372
Authority: CN
Inventors: 郑怀礼; 朱国成; 杨军; 张鹏; 陈文源; 马江雅
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Nantong Shanshui Chemical Technology Development Co ltd
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: CN102120623B

Abstract

本发明公开了一种以钛白粉工业副产品七水硫酸亚铁为主要原料，加水溶解并调节其pH为0.6～1.0，然后加入氯酸钠进行氧化后；再加入硫酸铝在水浴温度为50℃～100℃下发生聚合反应，聚合反应30～50min，得到聚合硫酸铝铁絮凝剂；在聚合反应过程中加入H₃PO₄作稳定剂；待液体均匀时，加入少量的Na₂CO₃调整混合液的碱化度为0.05～0.6；最后，得到聚合深棕色的液体产品，即硫酸铝铁絮凝剂。本发明方法工艺简单，成本低廉，在生产过程无废液、废气、废渣产生。产品中的絮凝活性组分高，其全铁含量和絮凝性能均优于现有工业产品，可广泛用于给水处理和污废水处理。

Description

一种聚合硫酸铝铁絮凝剂的制备方法

技术领域

本发明属于絮凝剂制备技术领域，具体涉及一种聚合硫酸铝铁絮凝剂的制备方法。

背景技术

絮凝剂是一种极有效的强化固液分离的物质，其应用已渗透到各个部门。无机高分子絮凝剂多为聚合铁或聚合铝等阳离子型的聚合物，对胶体的混凝主要是通过吸附架桥使离子连接而完成的。若在活性聚合铁中加入一定量的铝离子，形成含铝离子的阳离子型聚合硫酸铝铁(PAFS),该絮凝剂在对胶体的混凝过程中可同时发生静电中和、吸附架桥和网捕三种功能，产生良好的絮凝效果。

目前, 普遍使用的无机高分子絮凝剂有铁系和铝系两大类, 聚合硫酸铝和聚合硫酸铁分别是铝系和铁系的典型代表, 两者有着不同的絮凝特性。聚合硫酸铝水解弱，絮凝体积小，疏松，沉降慢，但残余色度小；而聚合硫酸铁水解强，凝体积大，密实，沉降快，强度好，但残余色度大。若二者复合成共聚型絮凝剂，则可优势互补, 使初凝时间、矾花大小, 沉降速度优于聚合硫酸铝，而出水色度优于聚合硫酸铝铁；同时还克服了铝盐成本较高、沉淀效果不理想、过量铝残存于水中对人体有害, 铁盐容易产生泛黄和变黑的不足的问题。

中国专利CN94117429.8提出了一种以硫酸亚铁为原料，以硝酸铝为催化剂制备聚合硫酸铝铁的方法。但该法中硝酸铝兼做供铝成分，故产品中铝含量低；另外，该法以纯氧为氧化剂，且反应体系需要较高的压力要求，因此生产成本较高。

中国专利CN1583593A公开了一种利用工业废渣合成聚合硫酸铝铁絮凝剂的工艺，该工艺以工业废渣作主剂，粉煤灰为助剂，采用一步合成法合成无机高分子絮凝剂—聚合硫酸铝铁(PAFS)；在合成过程中，用硫酸或1∶1的硫酸、盐酸混合酸，50℃～100℃搅拌下浸泡原料一昼夜，抽滤后作为添加助剂。该工艺制得的絮凝剂具有良好的净水功能，但是该工艺需要对原料进行前期浸泡，且分阶段控制温度，操作复杂；另外，利用该法合成产品以后需要进行固液分离，增加了操作难度。因此，目前急需一种工艺简单、便于控制合成的聚合硫酸铝铁絮凝剂的制备方法。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种生产成本较低、工艺方法简单、全铁含量高、絮凝效果好的聚合硫酸铝铁絮凝剂的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种聚合硫酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

以钛白粉工业副产品七水硫酸亚铁为主要原料，加入一定量的水进行溶解并加入少量 H₂SO₄进行酸化,调节混合液的pH在0.6～1.0；然后，加入氯酸钠进行氧化后；再加入硫酸铝在水浴温度为50℃～100℃下发生聚合反应，聚合反应30～50min，得到聚合硫酸铝铁絮凝剂；在聚合反应过程中加入H₃PO₄作稳定剂；待液体均匀时，加入少量的Na₂CO₃调整混合液的碱化度为0.05～0.6；最后，在常温下静止24h，得到聚合深棕色的液体产品，即硫酸铝铁絮凝剂；

其中，所述氯酸钠的量按七水硫酸亚铁与氯酸钠的质量比为16.5～20:1加入；硫酸铝的量按照AL/Fe摩尔比为1:11～1:9的比例加入，H₃PO₄的量按P/Fe摩尔比为0.1～0.3的比例加入，水为溶剂。

进一步，所述制备方法具体步骤如下：

（1）将70g钛白粉工业副产品七水硫酸亚铁置于烧杯中，边加入蒸馏水边搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁混合液；然后在搅拌下缓慢加入浓H₂SO₄进行酸化，调节混合液的pH在0.6～1.0；

（2）在步骤（1）制成的液体中，边搅拌边加入4.5g氯酸钠进行氧化；同时，慢速搅拌，当形成均匀的液体，不出现任何气泡时即可；

（3）按AL/Fe摩尔比为1:11～1:9称取硫酸铝，加入蒸馏水溶解，待溶解以后加入到步骤（2）中的硫酸亚铁混合液中，同时，慢速搅拌均匀；

（4）将硫酸亚铁混合液放入水浴锅中，控制水浴温度为60℃～80℃；启动搅拌器，慢速搅拌约40 min；聚合反应过程中，按P/Fe摩尔比为0.1～0.3的比例加入H₃PO₄作为稳定剂；

（5）搅拌约30 min，待液体均匀后，加入少量Na₂CO₃调整碱化度至0.3；

（6）待搅拌完成以后，取出产品静置24小时即得产品。

进一步，所述硫酸铝铁絮凝剂中的Fe²⁺含量小于0.1，全铁含量为：11%～13%，盐基度：9%～16%，碱化度：0.05～0.6。

与现有工艺、产品相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明制备方法采用氯酸钠氧化工艺，氯酸钠在酸性溶液中具有强氧化作用，可作为氧化剂，将七水硫酸亚铁氧化成硫酸铁，使得二价铁离子被氧化成三价铁离子；同时，相比于传统工艺中的双氧水，氯酸钠成本更为低廉，来源更为广泛。

（2）本发明制备方法采用的原料为钛白粉工业副产品七水硫酸铁，原料来源广泛，生产成本低；工艺流程简单，易操作，易控制；在生产过程无废液、废气、废渣产生，属于清洁生产。

（3）通过发明方法制备的聚合硫酸铝铁为深棕色透明液体产品，易溶于水；具有矾花形成速度快，浊度、COD、去除率高，脱色率高的特点；

（4）通过发明方法制备的聚合硫酸铝铁产品，在常温下化学性质稳定，久贮不变质，且投加方便；絮凝活性组分高，产品全铁含量可达11%～13%，全铁含量和絮凝性能均优于现有工业产品；可广泛用于给水处理和污废水处理。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

控制反应温度60℃，AL/Fe摩尔为1:11

（1）将70g钛白粉工业副产品七水硫酸亚铁置于烧杯中，加入10mL蒸馏水，边加入边搅拌，搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁混合液；然后在搅拌下缓慢加入4.3mL98%的浓H₂SO₄进行酸化；

（2）边搅拌边加入4.5g氯酸钠，进行氧化。期间，为了将七水硫酸亚铁充分氧化成硫酸铁，需要持续缓慢搅拌，当烧杯内形成均匀的液体，不出现任何气泡时，即没有气体溢出时即可；氧化完成后，若混合液过干可以加入少量蒸馏水进行稀释，以补充聚合反应时将流失的水分。

（3）按AL/Fe=1:11称取7.63g的硫酸铝，加入10mL蒸馏水溶解，待硫酸铝完全溶解以后加入到烧杯中，同时，慢速搅拌均匀；

（4）为了加速反应的水解聚合程度将烧杯放入水浴锅中，控制水浴温度为60℃；启动搅拌器，慢速搅拌约40 min；反应过程中（约搅拌10min后）加入2.68g98%的H₃PO₄作为稳定剂，H₃PO₄可以提供PO₄ ^3-离子提高分子量，达到增聚作用。

（4）搅拌一定的时间（约30min），待液体均匀后，加入Na₂CO₃调整碱化度（OH/Fe）至0.1；由于Na₂CO₃容易水解形成气体，因此加入过程中，少量引入，慢速搅拌，避免液体渗出。

（5）待搅拌完成以后，取出产品静置24小时即得产品。

本实施例得到的聚合硫酸铝铁絮凝剂的产品外观及质量指标如下：

外观：棕色液体，粘稠，易溶于水

活性组分：以全铁计，全铁含量可达11%。

实施例2

控制反应温度70℃，AL/Fe为1:10

（1）将70g钛白粉工业副产品七水硫酸亚铁置于烧杯中，加入10mL蒸馏水，边加入边搅拌，搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁混合液；然后在搅拌下缓慢加入4.3mL98%的浓H₂SO₄进行酸化，调节混合液的pH在0.6～1.0；

（2）边搅拌边加入4.5g氯酸钠，进行氧化。同时，慢速搅拌，直到形成均匀的液体，不出现任何气泡为止；氧化完成后，若混合液过干可以加入少量蒸馏水进行稀释，以补充聚合反应时将流失的水分；

（3）按AL/Fe=1:10称取8.39g的硫酸铝，加入10mL蒸馏水溶解，待溶解以后加入到上述硫酸亚铁混合液中，同时，慢速搅拌均匀；

（4）为了加速反应的聚合水解程度，将硫酸亚铁混合液放入水浴锅中，控制水浴温度为70℃；启动搅拌器，慢速搅拌约40 min；聚合反应过程中（约搅拌10min后）加入3.35g98%的H₃PO₄作为稳定剂，H₃PO₄可以提供PO₄ ^3-离子提高分子量，达到增聚作用。

（5）搅拌一定的时间（约30min），待液体均匀后，加入Na₂CO₃调整碱化度（OH/Fe）至0.2；由于Na₂CO₃容易水解形成气体，因此加入过程中，少量引入，慢速搅拌，避免液体渗出；

（6）待搅拌完成以后，取出产品静置24小时即得产品。

外观：棕色液体，粘稠，易溶于水。

活性组分：以全铁计，全铁含量可达12%。

实施例3

控制反应温度80℃，AL/Fe为1:9

（1）将70g钛白粉工业副产品七水硫酸亚铁置于烧杯中，按比例加入10mL蒸馏水，边加入边搅拌，搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁混合液；然后在搅拌下缓慢加入4.3mL98%的浓H₂SO₄进行酸化，调节混合液的pH在0.6～1.0；

（2）在上述液体中，边搅拌边加入4.5g氯酸钠，进行氧化。同时，慢速搅拌，直到形成均匀的液体，不出现任何气泡为止；氧化完成后，若混合液过干可以加入少量蒸馏水进行稀释，以补充聚合反应时将流失的水分；

（3）按AL/Fe=1:9称取9.32g的硫酸铝，加入10mL蒸馏水溶解，待溶解以后加入到上述硫酸亚铁混合液中，同时，慢速搅拌均匀。

（4）为了加速反应的聚合水解程度，将硫酸亚铁混合液放入水浴锅中，控制水浴温度为80℃；启动搅拌器，慢速搅拌约40 min；聚合反应过程中（约搅拌10min后）加入4.02g98%的H₃PO₄作为稳定剂，H₃PO₄可以提供PO₄ ^3-离子提高分子量，达到增聚作用。

（5）搅拌一定的时间，待液体均匀后，加入Na₂CO₃调整碱化度（OH/Fe）至0.3；由于Na₂CO₃容易水解形成气体，因此加入过程中，少量引入，慢速搅拌，避免液体渗出。

（6）待搅拌完成以后，取出产品静置24小时即得产品。

外观：棕色液体，粘稠，易溶于水

活性组分：以全铁计，全铁含量可达13%。

Claims

1.一种聚合硫酸铝铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

以钛白粉工业副产品七水硫酸亚铁为主要原料，加入一定量的水进行溶解并加入少量 H₂SO₄进行酸化，调节其pH在0.6～1.0；然后，加入氯酸钠进行氧化后；再加入硫酸铝在水浴温度为50℃～100℃下发生聚合反应，聚合反应30～50min，得到聚合硫酸铝铁絮凝剂；在聚合反应过程中加入H₃PO₄作稳定剂；待液体均匀时，加入少量的Na₂CO₃调整混合液的碱化度为0.05～0.6；最后，在常温下静止24h，得到聚合深棕色的液体产品，即硫酸铝铁絮凝剂；

2.根据权利要求1所述的聚合硫酸铝铁絮凝剂制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将70g钛白粉工业副产品七水硫酸亚铁置于烧杯中，边加入蒸馏水边搅拌成均匀的稀糊状硫酸亚铁混合液；然后在搅拌下缓慢加入4.3mL98%的浓H₂SO₄进行酸化，调节混合液的pH在0.6～1.0；

（3）按AL/Fe摩尔比为1:11～1:9称取的硫酸铝，加入蒸馏水溶解，待溶解以后加入到步骤（2）中的硫酸亚铁混合液中，同时，慢速搅拌均匀；

（6）待搅拌完成以后，取出产品静置24小时即得产品。

3.根据权利要求1所述的聚合硫酸铝铁絮凝剂制备方法，其特征在于，所述硫酸铝铁絮凝剂中的Fe²⁺含量小于0.1，全铁含量为：11%～13%，盐基度：9%～16%，碱化度：0.05～0.6。