CN1036774C - 聚硅酸锌絮凝剂的制备方法及用途 - Google Patents

聚硅酸锌絮凝剂的制备方法及用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种以聚合硅酸和无机锌盐制备成絮凝剂的方法以及这种絮凝剂的用途，其制备方法是用碱金属硅酸盐加酸陈化聚合后再加入无机锌盐和助剂，该絮凝剂比现有的铝系和铁系絮凝剂成本低，效果好，无毒无副作用，可作为饮用水净水剂，工业废水处理剂及制糖工业的澄清剂。

Description

聚硅酸锌絮凝剂的制备方法及用途
本发明涉及一种絮凝剂，特别是用聚合硅酸盐和无机锌盐制备的絮凝剂及其在水处理和制糖工业混合汁澄清过程的用途。
在水和废水处理中，常用的无机絮凝剂有铝系列絮凝剂(如硫酸铝、氯化铝和聚合铝等)和铁系列絮凝剂(如硫酸亚铁、三氯化铁、聚合硫酸铁等)，有机絮凝剂有聚丙烯酰胺及其衍生物等。制糖工业上的混合汁澄清常使用磷酸和聚丙烯酰胺。
铝系列絮凝剂絮凝能力强，广泛用于水及废水处理，但铝系絮凝剂生产过程复杂，条件难控制，成本高，而且在饮用水处理中，很难保证残留铝离子含量在0.05mg/l以下，目前世界上许多国家均规定饮用水中铝离子含量不大于0.05mg/l，因为饮用水铝离子含量过高对人体健康具有潜在的危害。铁系絮凝剂也有很好的絮凝效果，但Fe3+具有氧化性，对设备腐蚀大，水质难控制，易引起饮用水色度增加。
聚丙烯酰胺及其衍生物具有絮体大，效果好等优点，但缺点是来源不广，成本高，而且也难以保证处理后的水安全无害。在制糖工业的混合汁澄清时，使用H3PO4和聚丙烯酰胺易引起设备腐蚀，操作复杂等不足之处。
本发明的目的是克服现有无机絮凝剂和有机絮凝剂的不足之处，提供一种成本低，净水效果好，适用面广，生产方法简单，对人体无害的聚合硅酸锌类絮凝剂及其用途，使用该絮凝剂可使水处理絮凝剂用量减少，成本降低，蔗糖简纯度提高，产量增加。
本发明实施的技术方案是用碱金属硅酸盐(aM2O·bSiO2·cH2O)如硅酸钠、硅酸钾、水玻璃先与酸混合到一定的PH值陈化反应，使之得到聚硅酸，然后加入无机锌盐溶液和助剂，最后得到液体聚硅酸锌絮凝剂。此絮凝剂在30天内不胶凝，有的在2-3个月内不胶凝，保证其使用效果。
上述所提到的碱金属硅酸盐优选模数1.0～4.0的水玻璃，所用的酸为H2SO4、HCl、H2NO3、HAC等，所用的无机锌盐为含量大于80％的ZnSO4、ZnCl2、Zn(NO3)2或ZnO和金属锌加酸得到的锌盐溶液，所用的助剂为聚丙烯酰胺及其衍生物、十六烷基——十八烷基季铵盐等。
本发明聚硅酸锌的制备方法是首先将碱金属硅酸盐先加1-10倍水稀释，然后与酸混合，使溶液的PH值小于3.0，陈化反应20小时以上，再加入事先溶解的锌盐溶液，用酸调节PH＜3.0，最后加水稀释至一定浓度即得到产品，上述产品可以在30天以内使用，如果要使放置时间长，絮凝效果更显著，可以在陈化反应后先加入溶解好的聚丙烯酰胺及十六～十八烷基季铵盐，再加锌盐和调PH。
上述方法制得的聚硅酸锌絮凝剂产品的质量指标：比重为1.0～2.0，Zn2+/SiO2＞0.10，CZn2+＜1.0mol/l，CSiO2＜2.0mol/l，PH＜3.0，外观为无色或白色液体，稳定期大于30天。或者溶液中含有0.1％～0.5％的聚丙烯酰胺及衍生物和0.1～0.2％十六～十八烷基季铵盐。
本发明的实施例：
实施例一、在250ml烧杯中加入28克模数为3.1的水玻璃，加水20ml，然后在搅拌下与40毫升4mol/l的硫酸混合，再调节PH为2.5，将溶液陈化反应20小时，再称取90％的固体ZnCl232克溶于160ml水中，与陈化反应后的聚硅酸溶液混合，并用H2SO4或NaOH调节PH＜3.0，滤去不溶物，即得到约250克的聚硅酸锌絮凝剂。该产品编号为I型[PSAZ(I)絮凝剂]。
实施例二、按实施例一的方法先制备聚硅酸溶液，然后取0.5克分子量大于5万的聚丙烯酰胺和0.2克十六烷基季铵盐溶于50ml热水得到助剂溶液，上述两种溶液都分别放置20小时以上，再合并搅拌均匀，另取90％的固体ZnSO4·7H2O 60克溶于80ml水中，加到合并的溶液，调节PH＜3.0，滤去不溶物，得到约250克的聚硅酸锌絮凝剂，该产品编号为II型[PSAZ(II)絮凝剂]，该产品可能放时间稍长时出现胶凝现象，在使用前加热到70℃左右，使其溶解，然后用PH＜3.0的稀酸稀释即可使用。
本发明絮凝剂的应用。
1.可应用于处理饮用水，取代现有的铝系净水剂和铁系净水剂，其用量大为减少，成本降低，而且使用安全无毒、无腐蚀。
2.可应用于生活污水和工业污水处理，如含纤维和杂质较多的纺织、造纸、制糖工业废水、火电厂废水，其处理效果也比其它的絮凝剂好。
3.可应用于制糖工业的混合汁澄清过程，现有的糖厂混合汁澄清采用磷酸和聚丙烯酰胺，这种方法澄清所用的H3PO4及聚丙烯酰胺成本高，而本发明的絮凝剂可降低成本，还能使糖的简纯度提高1％，经济效益十分显著。
4.可应用其它工业需要絮凝处理的过程，由于这种絮凝剂效果好，无毒，所以应用场合十分广阔。
本发明的絮凝剂经省级卫生防疫部门进行小白鼠急性毒性试验，其口服量LD50＞10000mg/kg体重，属实际无毒级。
实施例三，用实施例一，例二的聚硅酸锌絮凝剂I型和II型产品处理河泥配制的悬浊水样。(编号940055)，水样浊度600度，色度15度，PH＝7.87，具有泥腥臭味。编号(940057)，于4500ml悬浊水样中加入聚硅酸锌絮凝剂I型产品以Zn2+离子计加入3.75×10-5mol/l，编号(940058)，于4500ml悬浊水样中加入聚硅酸锌絮凝剂II型产品以Zn2+计加入2.6×10-5mol/l编号(940056)，于4500ml悬浊水样中加入碱式氯化铝以AL3+离子计加入7.54×10-5mol/l。分别在120转/分转速下搅拌15分钟，静置1小时，然后用胶管吸取上清液2500ml送省级卫生防疫站做水质分析。聚硅酸锌絮凝剂与碱式氯化铝净水效果比较如表I。
表I本发明PSAZ絮凝剂与碱式氯化铝净水效果对比：
编号 絮凝剂名称 投药量mol/l 浑浊度(度) 色度(度) PH值 总硬度CaCO3mg/l 总铁mg/l 溶解性总固体mg/l 化学耗氧量(以氧计)mg/l
940055   600  15 7.87 128 0.83 176     5.00
940057 PSAZ(I) 3.75×10-5   3.5   5 8.63 146.6 ＜0.05 211     2.84
940058 PSAZ(I) 2.60×10-5   5.0   5 8.73 146.8 ＜0.05 186     3.27
940056 碱式氯化铝 7.54×10-5   7.0   5 8.06 138.1 ＜0.05 348     2.72
从上表看出，用本发明絮凝剂处理悬浊水样后的浊度均低于碱式氯化铝处理后的水样浊度，各种指标(一般理化指标)均达到国家饮用水标准，稍高的PH可用少量HCl回调PH至7.0，对水质无影响。由此说明，本发明絮凝剂是一种优良的饮用水净水剂。
实施例四，PSAZ(I)絮凝剂对制糖厂和电厂废水的处理。在500ml浊度为670度至700度，PH＝7.74的废水中加入50mg/l的PSAZ絮凝剂，用Ca(OH)2调PH至8.5，然后用玻棒搅拌5分钟，静置10分钟，然后取上清液测定其浊度小于10度，絮凝效率到达98％以上。
实施例五，取甘蔗压榨混合汁500ml二份，分别加入1.5ml、2.0ml的10％PSAZ(I)絮凝剂，升温到55℃，再分别加入15.0ml，13.0ml的6％H2SO3水溶液，用石灰乳分别调至PH＝8.87和8.08继续升温到100℃，静置沉降，15分钟后测定上清液的简纯度，色值，浊度等指标。对照组PSAZ(I)絮凝剂为1.8ml 5％H3PO4，温度、硫熏强度相同。实验结果见表2。表2 PSAZ(I)絮凝剂与H3PO4澄清工艺结果对比：
试验号 絮凝剂 絮凝剂用量(ml) PH值 H2SO3用量(ml) 简纯度 色值°ST 浊度(度) 上清汁体积(ml)
A-1 PSAZ  10％     1.5   8.87     15 64.95  56.15 455   300
B-1 H3PO4 5％     1.8   6.82     15 62.88  47.87 827   200
A-2 PSAZ  10％     2.0   8.08     13 65.40  82.94 455   250
B-2 H3PO4  5％     1.8   8.03     13 64.36  77.62 537   190
混合汁   5.9     — 64.45  71.32 —    —
从结果看到，PSAZ絮凝剂在简纯度，浊度等指标优于使用H3PO4的效果，色值虽稍高于H3PO4法，但达到产一级糖的指标，并且可从提高硫熏强度来降低色值。所以PSAZ絮凝剂可用于糖厂混合汁澄清过程，取代H3PO4的使用，其经济效益十分显著。

Claims (5)

1.一种聚硅酸锌絮凝剂的制备方法，其特征在于先用1-10倍水稀释硅酸钠、硅酸钾、水玻璃，再与硫酸或盐酸、硝酸、醋酸混合，使溶液的pH小于3.0，陈化反应20小时以上，然后加入无机锌盐ZnCl2或ZnSO4、Zn(NO3)2反应后，再加入聚丙烯酰胺及其衍生物和十六～十八烷基季铵盐混合得到。
2.根据权利要求1所述的聚硅酸锌絮凝剂的制备方法，其特征在于各成份的含量为Zn2+/SiO2＞0.1 CZn2+＜1.0mol/l，Csio2＜2.0mol/l，聚丙烯酰胺为0.1～0.3％，十六～十八烷基季铵盐为0.1～0.2％。
3.根据权利要求1所述的聚硅酸锌絮凝剂，其特征在于作为饮用水净水剂的应用。
4.根据权利要求1所述的聚硅酸锌絮凝剂，其特征在于作为处理生活废水和工业废水的应用。
5.根据权利要求1所述的聚硅酸锌絮凝剂，其特征在于作为制糖工业澄清剂的应用。
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