CN103466771B

CN103466771B - 一种氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法

Info

Publication number: CN103466771B
Application number: CN201310451352.4A
Authority: CN
Inventors: 吴昌永; 周岳溪; 徐敏
Original assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Current assignee: Chinese Research Academy of Environmental Sciences
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: CN103466771A

Abstract

本发明公开了一种氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，包括如下步骤：（1）在搅拌条件下将硅酸钠溶液加入到稀硫酸溶液中，调节pH值至酸性，静置聚合，得到低聚合度活化硅酸；（2）将硫酸铁和硫酸铝加入到浓硫酸和水中制成酸性硫酸铝铁溶液；（3）混合搅拌所述低聚合度活化硅酸和酸性硫酸铝铁溶液，加入氧化剂和添加剂，停止搅拌，静置熟化后加入稳定剂，得到液体产品；（4）将所述液体产品干燥并磨碎后得到粉末状混凝剂。本发明所述方法制得的产品结合铁、铝混凝剂的优点，弥补了聚铝类和聚铁类混凝剂在使用中存在的不足，综合了聚硅酸粘结、聚集、吸附以及架桥效能和铝盐混凝剂絮体大，脱色性能好、铁盐混凝剂絮体密实、沉降速度快等特点。

Description

一种氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种氧化型聚硅酸铝铁混凝剂。

背景技术

混凝剂是一种固液相分离单元操作使用的重要药剂，在当前我国废水污染处理中，推广应用化学混凝技术，是一项花钱少、能够有效大面积控制和减少废水污染、保护环境的有效手段。由于混凝处理的对象和水质的种类、性质不同，原有单品种的无机混凝剂早已不能满足需要，于是新品种和复合混凝剂便相应出现，无机高分子混凝剂及其复合物是目前研制开发的主流混凝剂。聚合硅酸铁铝是一类新型的无机高分子混凝剂，是在聚硅酸及传统的铝盐、铁盐等混凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合物。众所周知，铁盐混凝剂的特点是形成的絮体密实，沉降速度快，但絮体较小，卷扫作用差，处理后水的色度较深。铝盐混凝剂的特点是形成的絮体大，脱色效果好，但絮体松散易碎，沉降速度慢。若在聚硅酸中同时加入Fe³⁺、Al³⁺两种金属离子，制成聚硅酸铁铝混凝剂，则药剂中不仅具有吸附架桥作用和电中和作用，而且具备铁、铝混凝剂的优点，并减弱彼此的弱点。虽然聚硅酸铝铁混凝剂已经具备很多优点，但是在去除有机物方面还略显不足，为了提高混凝剂在水处理中的复合功能，需要研究具有强化混凝效果的多功能混凝剂，但至今为止，有关强化混凝效果的多功能聚硅酸铝铁混凝剂涉猎极少，目前研究较多的聚硅酸铁铝混凝剂都比较单一，不具有强化的氧化功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能提高溶解性有机物去除能力的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法。

一种氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）在搅拌条件下将硅酸钠溶液加入到稀硫酸溶液中，调节pH值至酸性，静置聚合，得到低聚合度活化硅酸；

（2）将硫酸铁和硫酸铝加入到浓硫酸和水中制成酸性硫酸铝铁溶液；

（3）混合搅拌所述低聚合度活化硅酸和酸性硫酸铝铁溶液，加入氧化剂和添加剂，停止搅拌，静置熟化后加入稳定剂，得到液体产品。

本发明所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其中步骤（3）之后还包括如下步骤（4）：将所述液体产品干燥并磨碎后得到粉末状混凝剂。

本发明所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其中步骤（1）具体为：在300～600r/min的搅拌条件下将3体积质量分数为10%～30%的硅酸钠溶液加入到1体积的稀硫酸溶液中，调节pH值为3，停止搅拌，静置聚合，控制聚合温度为20～60℃及聚合1～2h，制得低聚合度活化硅酸，备用；

其中，所述稀硫酸由体积比为1:3的浓硫酸与水配制而成。

本发明所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其中步骤（2）具体为：称取相应的硫酸铁和硫酸铝，加入浓硫酸和水，其中铁离子和铝离子的浓度均为0.5mol·L^-1，在20～60℃的温度条件下，以200～400r/min的搅拌速度混合，制成酸性硫酸铝铁溶液。

本发明所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其中步骤（3）具体为：在数显温控搅拌器上20～60℃，300～600r/min条件下，将所述低聚合度活化硅酸加入到所述酸性硫酸铝铁溶液中，所述酸性硫酸铝铁溶液的体积为低聚合度活化硅酸体积的15%～20%，继续边搅拌边加入的氧化剂，继续搅拌5min，停止搅拌，再加入添加剂，重新开始搅拌，5min后停止搅拌，温度不变，静置熟化60～90min后，最后加入稳定剂，制得不同颜色的液体产品；

其中，所述氧化剂占所述液体产品的体积百分比为1%～5%；所述添加剂占所述液体产品的体积百分比为1.5%～5%；所述稳定剂占所述液体产品的体积百分比为0.2%～2%。

本发明所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其中，

所述氧化剂为次氯酸钠、双氧水、高锰酸钾或氯酸钠；

所述添加剂为次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、氯酸钠、重铬酸钾或高铁酸钾；

所述稳定剂为酒石酸钠和次氯酸钠的混合物，质量比为酒石酸钠：次氯酸钠=1:8～12。

本发明所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其中步骤（4）具体为：将所述液体产品置于50℃烘箱内干燥制得固体氧化型聚硅酸铝铁，磨碎后得到粉末状混凝剂。

本发明所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其中所述制备方法在常压下进行。

本发明所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法制得的产品。

本发明所述的产品在废水深度处理中的应用。

本发明氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法与现有技术不同之处在于：

本发明结合铁、铝混凝剂的优点，弥补聚铝类和聚铁类混凝剂在使用中存在的不足，综合了聚硅酸粘结、聚集、吸附以及架桥效能和铝盐混凝剂絮体大，脱色性能好、铁盐混凝剂絮体密实、沉降速度快等特点而开发的新型阳离子复合型混凝剂氧化型聚硅酸铝铁；其中铝盐和铁盐可以减缓聚硅酸的缩聚时间，延长了液体药剂的储存时间；制药中铁铝的用量相对于其他金属盐类混凝剂也较少，这不仅减少了铝离子的二次污染，大大降低生产成本，而且添加剂的加入提高了聚硅酸铝铁混凝剂去除有机物的效能，为高效低廉的混凝剂制备提供理论与技术上的支持；本发明生产过程为常压，生产周期短，为3～5h；设备和工艺过程简单，具有广泛的推广和应用价值；可用于工业废水深度处理领域。

具体实施方式

实施例1

一种氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）在600r/min的搅拌速度下将300mL质量分数12%的硅酸钠溶液加入到100mL的稀硫酸溶液中，调节PH值为3，停止搅拌，室温下静置聚合1h，制得低聚合度活化硅酸，备用；

（2）在300r/min的搅拌速度及60℃的反应温度下，将硫酸铁14.70g、硫酸铝24.48g浓硫酸28.6mL和44.9mL的水混合，制成酸性硫酸铁溶液，然后将低聚合度活化硅酸加到该酸性硫酸铁溶液中；

（3）数显温控搅拌器上60℃，搅拌速度600r/min条件下，一次性加入氯酸钠6.53g，反应5min后加入氯酸钠8.16g，继续搅拌5min，停止搅拌，温度不变，静置熟化70min后，加入稳定剂1.387g，制得浅黄绿色的液体产品。

其中，所述稀硫酸中的硫酸与水的体积比为1:3。

本发明所述方法制备得到的产品具备聚硅酸、传统铁盐、铝盐和氧化剂的综合功能，水处理效果优良，对生活污水、工业废水及工业废水二次出水的深度处理均具有良好的处理效果。

将采用上述方法制得的产品应用于石化二级出水的深度处理中，混凝效果如表1所示。

表1.石化二级出水氧化型聚硅酸铁铝、聚合氯化铝及聚合氯化铝铁混凝处理效果对比

混凝剂	COD去除率（%）	TOC去除率（%）
			聚合氯化铝	3.58	4.64
聚合氯化铝铁	5.01	5.28
			氧化型聚硅酸铝铁	25.21	11.37

实施例2

将实施例1所述方法制得的产品应用于化纤二级出水的深度处理中，混凝效果如表2所示。

表2.化纤二级出水聚合氯化铝、聚合氯化铝铁和氧化型聚硅酸铁铝混凝处理效果对比

混凝剂	COD去除率（%）	TOC去除率（%）
			聚合氯化铝	15.23	8.40
聚合氯化铝铁	10.22	5.44
			氧化型聚硅酸铝铁	25.73	13.33

实施例3

将实施例1所述方法制备得到的所述液体产品置于50℃烘箱内干燥制得固体氧化型聚硅酸铝铁，磨碎后得到粉末状混凝剂，将所述固体粉末混凝剂产品应用于石化二级出水的深度处理中，混凝效果如表3所示。

表3.石化二级出水聚合氯化铝、聚合氯化铝铁和氧化型聚硅酸铁铝混凝处理效果对比

混凝剂	COD去除率（%）	TOC去除率（%）
			聚合氯化铝	15.23	8.40
聚合氯化铝铁	10.22	5.44
			氧化型聚硅酸铝铁	20.55	10.34

实施例4

一种氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）在300r/min的搅拌条件下将3体积质量分数为10%的硅酸钠溶液加入到1体积的稀硫酸溶液中，调节pH值为3，停止搅拌，静置聚合，控制聚合温度为40℃，聚合2h，制得低聚合度活化硅酸，备用；

（2）称取相应的硫酸铁和硫酸铝，加入浓硫酸和水，其中铁离子和氯离子的浓度均为0.5mol·L^-1，在40℃的温度条件下，以200r/min的搅拌速度混合，制成酸性硫酸铝铁溶液；

（3）在数显温控搅拌器上40℃，300r/min条件下，将所述低聚合度活化硅酸加入到所述酸性硫酸铝铁溶液中，所述酸性硫酸铝铁溶液的体积为低聚合度活化硅酸体积的15%，继续边搅拌边加入1%的氧化剂，继续搅拌5min，停止搅拌，再加入1.5%的添加剂，重新开始搅拌，5min后停止搅拌，温度不变，静置熟化60min后，最后加入0.2%的稳定剂，制得不同颜色的液体产品。

其中，所述稀硫酸中的硫酸与水的体积比为1:3；所述氧化剂为次氯酸钠、双氧水、高锰酸钾或氯酸钠；所述添加剂为次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、氯酸钠、重铬酸钾或高铁酸钾；所述稳定剂为酒石酸钠和次氯酸钠的混合物，质量比为酒石酸钠：次氯酸钠=1:8；所述制备方法在常压下进行。

将上述方法制得的产品应用于生活污水的处理中，应用效果与实施例1和2相似。

实施例5

将实施例4所述液体产品置于50℃烘箱内干燥制得固体氧化型聚硅酸铝铁，磨碎后得到固体粉末状混凝剂，应用效果与实施例3相似。

实施例6

一种氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）在500r/min的搅拌条件下将3体积质量分数为30%的硅酸钠溶液加入到1体积的稀硫酸溶液中，调节pH值为3，停止搅拌，静置聚合，控制聚合温度为20℃及聚合1.5h，制得低聚合度活化硅酸，备用；

（2）称取相应的硫酸铁和硫酸铝，加入浓硫酸和水，其中铁离子和氯离子的浓度均为0.5mol·L^-1，在20℃的温度条件下，以400r/min的搅拌速度混合，制成酸性硫酸铝铁溶液；

（3）在数显温控搅拌器上20℃，400r/min条件下，将所述低聚合度活化硅酸加入到所述酸性硫酸铝铁溶液中，所述酸性硫酸铝铁溶液的体积为低聚合度活化硅酸体积的20%，继续边搅拌边加入5%的氧化剂，继续搅拌5min，停止搅拌，再加入5%的添加剂，重新开始搅拌，5min后停止搅拌，温度不变，静置熟化90min后，最后加入2%的稳定剂，制得不同颜色的液体产品。

其中，所述稀硫酸中的硫酸与水的体积比为1:3；所述氧化剂为次氯酸钠、双氧水、高锰酸钾或氯酸钠；所述添加剂为次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、氯酸钠、重铬酸钾或高铁酸钾；所述稳定剂为酒石酸钠和次氯酸钠的混合物，质量比为酒石酸钠：次氯酸钠=1:12；所述制备方法在常压下进行。

将上述方法制得的产品应用于工业废水的处理中，应用效果与实施例1和2相似。

实施例7

将实施例6所述液体产品置于50℃烘箱内干燥制得固体氧化型聚硅酸铝铁，磨碎后得到固体粉末状混凝剂，应用效果与实施例3相似。

实施例8

一种氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）在400r/min的搅拌条件下将3体积质量分数为20%的硅酸钠溶液加入到1体积的稀硫酸溶液中，调节pH值为3，停止搅拌，静置聚合，控制聚合温度为50℃及聚合1～2h，制得低聚合度活化硅酸，备用；

（2）称取相应的硫酸铁和硫酸铝，加入浓硫酸和水，其中铁离子和氯离子的浓度均为0.5mol·L^-1，在30℃的温度条件下，以250r/min的搅拌速度混合，制成酸性硫酸铝铁溶液；

（3）在数显温控搅拌器上50℃，500r/min条件下，将所述低聚合度活化硅酸加入到所述酸性硫酸铝铁溶液中，所述酸性硫酸铝铁溶液的体积为低聚合度活化硅酸体积的18%，继续边搅拌边加入2%的氧化剂，继续搅拌5min，停止搅拌，再加入4%的添加剂，重新开始搅拌，5min后停止搅拌，温度不变，静置熟化80min后，最后加入1%的稳定剂，制得不同颜色的液体产品。

其中，所述稀硫酸中的硫酸与水的体积比为1:3；所述氧化剂为次氯酸钠、双氧水、高锰酸钾或氯酸钠；所述添加剂为次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、氯酸钠、重铬酸钾或高铁酸钾；所述稳定剂为酒石酸钠和次氯酸钠的混合物，质量比为酒石酸钠：次氯酸钠=1:9；所述制备方法在常压下进行。

实施例9

将实施例8所述液体产品置于50℃烘箱内干燥制得固体氧化型聚硅酸铝铁，磨碎后得到固体粉末状混凝剂，应用效果与实施例3相似。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在300～600r/min的搅拌条件下将3体积质量分数为10％～30％的硅酸钠溶液加入到1体积的稀硫酸溶液中，调节pH值为3，停止搅拌，静置聚合，控制聚合温度为20～60℃，聚合1～2h，制得低聚合度活化硅酸，备用；

(2)称取相应的硫酸铁和硫酸铝，加入浓硫酸和水，其中铁离子和铝离子的浓度均为0.5mol·L^-1，在20～60℃的温度条件下，以200～400r/min的搅拌速度混合，制成酸性硫酸铝铁溶液；

(3)在数显温控搅拌器上20～60℃，300～600r/min条件下，将所述低聚合度活化硅酸加入到所述酸性硫酸铝铁溶液中，所述酸性硫酸铝铁溶液的体积为低聚合度活化硅酸体积的15％～20％，继续边搅拌边加入的氧化剂，继续搅拌5min，停止搅拌，再加入添加剂，重新开始搅拌，5min后停止搅拌，温度不变，静置熟化60～90min后，最后加入稳定剂，制得不同颜色的液体产品；

步骤(3)中，所述氧化剂占所述液体产品的体积百分比为1％～5％；所述添加剂占所述液体产品的体积百分比为1.5％～5％；所述稳定剂占所述液体产品的体积百分比为0.2％～2％；

所述氧化剂为次氯酸钠、双氧水、高锰酸钾或氯酸钠；

所述稳定剂为酒石酸钠和次氯酸钠的混合物，质量比为酒石酸钠：次氯酸钠＝1:8～12。

2.根据权利要求1所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)之后还包括如下步骤(4)：将所述液体产品干燥并磨碎后得到粉末状混凝剂。

3.根据权利要求2所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述稀硫酸由体积比为1:3的浓硫酸与水配制而成。

4.根据权利要求3所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其特征在于：步骤(4)具体为：将所述液体产品置于50℃烘箱内干燥制得固体氧化型聚硅酸铝铁，磨碎后得到粉末状混凝剂。

5.根据权利要求1所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法在常压下进行。

6.根据权利要求1-5任一所述的氧化型聚硅酸铝铁混凝剂的制备方法制得的产品。

7.权利要求6所述的产品在废水深度处理中的应用。