CN102826637A - 一种聚铁絮凝剂的制备方法 - Google Patents

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刘维
高乃云
金放鸣
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本发明涉及一种聚铁絮凝剂的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将含铁盐、无机酸和水在搅拌条件下混合，使含铁盐完全溶解；(2)加入氧化剂并充分搅拌，使含铁盐中二价铁离子完全氧化为三价铁离子；(3)加入无机碱和阻聚剂，使三价铁离子部分水解聚合，然后在50℃下，熟化10～24小时即得改性聚铁絮凝剂；所述的含铁盐、无机酸和阻聚剂的摩尔比为1∶0.35～0.45∶0.1～0.5；所述的氧化剂的加入量为使含铁盐中的亚铁完全氧化需氧量以摩尔比计的1～1.2倍；所述的无机碱的加入量使改性聚铁絮凝剂的碱化度为0.3～0.6。与现有技术相比，本发明具有稳定性提高，粘接架桥能力增强，矾花形成快且大，混凝效果提高等优点。

Description

一种聚铁絮凝剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种絮凝剂，尤其是涉及一种聚铁絮凝剂的制备方法。
背景技术
水资源短缺已成为社会可持续发展的瓶颈，提高水处理能力和效率成为缓解水资源短缺的重要途径。目前，在污水处理中，使用高分子絮凝剂混凝沉降是去除水中胶体悬浮物和有机质的重要操作。常用的高分子絮凝剂主要包括有机高分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂。在有机高分子絮凝剂当中，天然高分子絮凝剂虽然具有可再生，无毒、可生物降解等优点，但其稳定性不高，而合成有机高分子絮凝剂由于残留单体的毒性限制了其在水处理方面的应用，且价格高昂。因此，目前无机高分子絮凝剂被广泛地使用，但在这些絮凝剂当中聚铝盐无机高分子混凝剂也存在着余铝问题，已被证实对人体健康有害。因此，近年来聚铁絮凝剂成为水处理工艺中广泛使用的一种性能优越的无机高分子絮凝剂，广泛应用于高浊度水的处理。
聚铁盐絮凝剂由三价铁离子经水解、聚合而成，其中三价铁离子可由亚铁离子经氧化而得或直接由三价铁盐溶解而来。聚铁絮凝剂作为一种由铁盐预制的中间水解产物，属于水溶性无机高分子物质，溶于水后产生大量荷电聚合阳离子，如Fe2(OH)3 3+、Fe2(OH)2 4+等羟基桥联形式的各级多核络合铁离子。因此，聚铁絮凝剂具有很强的中和悬浮颗粒上负电荷的能力，使之脱稳并凝聚成较大颗粒而沉淀。
目前，阻碍聚铁絮凝剂广泛使用的一个主要原因是其产品的稳定性不理想。常温、常压下，传统的聚铁絮凝剂在储存一定时间后就会失稳沉淀而减弱或失去混凝性能。因此，上世纪90年代初期人们就尝试通过制备复合的聚铁絮凝剂来提高其稳定性，如公开号CN1210818的中国专利《聚铁硅型复合无机高分子絮凝剂及其制备方法》以液体三氯化铁、碳酸氢钠为原料，以低聚硅酸为稳定剂得到聚硅铁复合絮凝剂，不仅提高了聚铁的稳定性，而且复合絮凝剂表现出良好的粘结架桥性能。
羟基桥联的聚铁絮凝剂稳定性差的原因是因为相邻羟基之间容易发生脱水反应，有效阻止羟基之间的脱水可大大提高聚铁的稳定性，但目前还没有相关报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种制备成本低，操作方便，效率高的聚铁絮凝剂的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将含铁盐、无机酸和水在搅拌条件下混合，使含铁盐完全溶解；
(2)加入氧化剂并充分搅拌，使含铁盐中二价铁离子完全氧化为三价铁离子；
(3)加入无机碱和阻聚剂，使三价铁离子部分水解聚合，然后在50℃下，熟化10～24小时即得改性聚铁絮凝剂；
所述的含铁盐、无机酸和阻聚剂的摩尔比为1∶0.35～0.45∶0.1～0.5；
所述的氧化剂的加入量为使含铁盐中的亚铁完全氧化需氧量以摩尔比计的1～1.2倍；
所述的无机碱的加入量使改性聚铁絮凝剂的碱化度为0.3～0.6。
所述的含铁盐为亚铁盐或铁盐，所述的亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁或硝酸亚铁，所述的铁盐为硫酸铁、氯化铁或硝酸铁。
所述的无机酸为硫酸或盐酸。
所述的氧化剂选自过氧化氢、硝酸、次氯酸钠、臭氧、空气中的一种。
所述的无机碱为碳酸氢钠或氢氧化钠。
所述的阻聚剂为乙酸钠或平均分子量200～20000的聚乙二醇。
步骤(2)所述的氧化的温度为20～35℃，步骤(3)所述的水解的温度为20～35℃。
与现有技术相比，本发明提出了一种有效阻止聚铁中相邻羟基之间发生脱水反应的方法，得到了一种稳定性高、絮凝效果好的改性聚铁絮凝剂。具体就是利用乙酸根与铁离子较强的螯合作用，使其在聚铁的形成过程中共聚到聚铁化合物中，阻隔羟基之间的有效接触，避免脱水的发生。另外，共聚聚乙二醇到聚铁中也能有效阻隔羟基之间的有效接触，避免脱水的发生。通过适量阻聚剂的添加，提高了聚铁的稳定性，而且在对出水水质不产生显著影响的前提下提高絮凝剂的除浊效率。
本发明可显著提高聚铁絮凝剂的稳定性，粘接架桥能力增强，入水后矾花形成快且大，混凝效果提高，且不对出水水质产生显著影响。因此，本发明可有效应用于水处理工程中，具有操作简单，无二次污染的优点。
本发明不涉及催化剂的使用，在提高聚铁絮凝剂性能的基础上可以降低成本。
本发明过程中可根据需要适当调整各原料的用量及原料种类，且整个反应过程对环境无污染。
具体实施方式
本发明可应用于聚铁絮凝剂的制备及废水处理中，下面结合实施案例来进一步说明，但本发明的保护范围不限于实施案例。
对比例1
本实施案例采用以下步骤制得聚铁絮凝剂：
(1)控制温度在20～35℃，将15.0g硫酸亚铁，1.2ml硫酸加到32.0ml水中，磁力搅拌使硫酸亚铁完全溶解，反应放热；
(2)控制温度范围不变，以1.0ml/min的速度加3.0ml双氧水(30％)到硫酸亚铁溶液中，搅拌15min，使溶液中二价铁离子完全氧化为三价铁离子；
(3)以1.7ml/min的速度从烧杯底部加入1mol/L碳酸氢钠溶液32.1ml，然后在50℃下恒温熟化24h，即得到普通聚合硫酸铁。
实施例1
本实施案例中所述方法与案例1基本相同，差别在于步骤(3)中加入5.0mol/L的醋酸钠溶液3.5ml，保持聚合硫酸铁中铁的浓度不变，反应得到改性聚合硫酸铁1。
实施例2
本实施案例中所述方法与案例1基本相同，差别在于步骤(3)中加入5.0mol/L的醋酸钠溶液10.5ml，保持聚合硫酸铁中铁的浓度不变，反应得到改性聚合硫酸铁2。
实施例3
本实施案例中所述方法与案例1基本相同，差别在于步骤(3)中加入5.0mol/L的醋酸钠溶液14.0ml，保持聚合硫酸铁中铁的浓度不变，反应得到改性聚合硫酸铁3。
实施例4
本实施案例中所述方法与案例1基本相同，差别在于步骤(3)中加入5.0mol/L的聚乙二醇(平均分子量200～20000)溶液7.0ml，保持聚合硫酸铁中铁的浓度不变，反应得到改性聚合硫酸铁4。
实施例5
本实施案例中所述方法与案例1基本相同，差别在于步骤(3)中加入5.0mol/L的聚乙二醇(平均分子量200～20000)溶液17.5ml，保持聚合硫酸铁中铁的浓度不变，反应得到改性聚合硫酸铁5。
为了验证改性聚合硫酸铁在除浊性能上的效果，设置了此效果实施例，在本案例中，以高岭土、自来水配置模拟水样。
表1模拟废水的性质
Figure BDA0000068484910000041
表2改性聚铁和普通聚铁稳定性及对模拟废水处理结果的比较a
Figure BDA0000068484910000042
a絮凝条件：快速270rpm，2min；慢速65rpm，12min；静置20min。
b在设置的4个月稳定性观察实验周期结束时，样品无沉淀产生。
实施例6
一种聚铁絮凝剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将含氯化亚铁、盐酸和水在搅拌条件下混合，使含氯化亚铁完全溶解；
(2)加入氧化剂次氯酸钠并充分搅拌，在20～35℃下，使氯化亚铁中二价铁离子完全氧化为三价铁离子；
(3)加入氢氧化钠和乙酸钠，使三价铁离子部分20～35℃水解聚合，然后在50℃下，熟化10～24小时即得改性聚铁絮凝剂；
所述的氯化亚铁、盐酸和乙酸钠的摩尔比为1∶0.35∶0.1；
所述的次氯酸钠的加入量为使氯化亚铁中的亚铁完全氧化需氧量以摩尔比计的1倍；
所述的氢氧化钠的加入量使改性聚铁絮凝剂的碱化度为0.3。
实施例7
一种聚铁絮凝剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将含硝酸亚铁、盐酸和水在搅拌条件下混合，使含硝酸亚铁完全溶解；
(2)加入氧化剂臭氧并充分搅拌，在20～35℃下，使硝酸亚铁中二价铁离子完全氧化为三价铁离子；
(3)加入氢氧化钠和乙酸钠，使三价铁离子部分20～35℃水解聚合，然后在50℃下，熟化10～24小时即得改性聚铁絮凝剂；
所述的硝酸亚铁、盐酸和乙酸钠的摩尔比为1∶0.35～0.45∶0.1～0.5；
所述的臭氧的加入量为使硝酸亚铁中的亚铁完全氧化需氧量以摩尔比计的1～1.2倍；
所述的氢氧化钠的加入量使改性聚铁絮凝剂的碱化度为0.3～0.6。
实施例8
一种聚铁絮凝剂的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将含硫酸铁、盐酸和水在搅拌条件下混合，使含硫酸铁完全溶解；
(2)加入氧化剂过氧化氢并充分搅拌，在20～35℃下，使硫酸铁中少量二价铁离子完全氧化为三价铁离子；
(3)加入碳酸氢钠和平均分子量200～20000的聚乙二醇，使三价铁离子部分20～35℃水解聚合，然后在50℃下，熟化10～24小时即得改性聚铁絮凝剂；
所述的硫酸铁、盐酸和乙酸钠的摩尔比为1∶0.35～0.45∶0.1～0.5；
所述的次氯酸钠的加入量为使硫酸铁中的亚铁完全氧化需氧量以摩尔比计的1～1.2倍；
所述的碳酸氢钠的加入量使改性聚铁絮凝剂的碱化度为0.3～0.6。

Claims (7)

1.一种聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将含铁盐、无机酸和水在搅拌条件下混合，使含铁盐完全溶解；
(2)加入氧化剂并充分搅拌，使含铁盐中二价铁离子完全氧化为三价铁离子；
(3)加入无机碱和阻聚剂，使三价铁离子部分水解聚合，然后在50℃下，熟化10～24小时即得改性聚铁絮凝剂；
所述的含铁盐、无机酸和阻聚剂的摩尔比为1∶0.35～0.45∶0.1～0.5；
所述的氧化剂的加入量为使含铁盐中的亚铁完全氧化需氧量以摩尔比计的1～1.2倍；
所述的无机碱的加入量使改性聚铁絮凝剂的碱化度为0.3～0.6。
2.根据权利要求1所述的一种聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述的含铁盐为亚铁盐或铁盐，所述的亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁或硝酸亚铁，所述的铁盐为硫酸铁、氯化铁或硝酸铁。
3.根据权利要求1所述的一种聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述的无机酸为硫酸或盐酸。
4.根据权利要求1所述的一种聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述的氧化剂选自过氧化氢、硝酸、次氯酸钠、臭氧、空气中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述的无机碱为碳酸氢钠或氢氧化钠。
6.根据权利要求1所述的一种聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述的阻聚剂为乙酸钠或平均分子量200～20000的聚乙二醇。
7.根据权利要求1所述的一种聚铁絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的氧化的温度为20～35℃，步骤(3)所述的水解的温度为20～35℃。
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