CN104724803A - 一种混凝剂的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝剂的制备方法及其应用，以工业级氢氧化铝为主要原料，在高温条件下与氢氧化钠溶液发生反应，冷却至室温后，向反应溶液中加入盐酸溶液，使反应溶液的盐基度控制在2.4~2.7，并快速搅拌，得到含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液；待上述含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液混合均匀后，进行加热和陈化处理得所述混凝剂；本发明还公开了上述制备方法制得的混凝剂用于水体中重金属去除的应用。本发明制备方法工艺简单，能耗小，对设备的腐蚀性小；且制得的混凝剂稳定性好，在6个月内不发生较大的改变，使用方便，对水体中重金属和COD都有较好的去除效果。

Description

一种混凝剂的制备方法及其应用

技术领域

 本发明属于絮凝剂制备技术领域，涉及一种混凝剂的制备方法及其应用，具体涉及一种用于水体中重金属处理的混凝剂的制备方法及其应用。

背景技术

混凝法是一种被广泛使用的水处理方法，其具有高效、低廉、使用方便等优点。混凝剂是混凝法的核心，其质量的优劣将很大程度上决定水处理效果的好坏。混凝剂主要分为无机混凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂。而无机混凝剂又分为传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。目前，普遍使用的无机高分子混凝剂主要为聚合铝盐类混凝剂和聚合铁盐类混凝剂。

聚合氯化铝是一种应用十分广泛的无机高分子混凝剂。它主要通过吸附电中和、压缩双电层、吸附架桥、网捕等作用，使水体中难以沉降的胶体颗粒脱稳、碰撞、聚集、沉淀，以达到净化水体的目的。其具有用量少、净化水质优、使用方便等优点。聚合氯化铝的合成方法按生产工艺的不同，可以分为酸溶法、碱溶法、中和法、热解法、加压反应法、电渗析法、电解法等。现主要采用酸溶法来制备聚合氯化铝。

中国专利申请号CN201210426527，发明名称为“一种聚合氯化铝的生产方法”，公开了一种以铝矾土和铝酸钙粉为原料，制备聚合氯化铝的方法。该方法具有生产过程简单、方便的特点。但其在反应釜中加热至120^oC左右，能耗较大，且容易对反应釜造成腐蚀；且其还需加入双氧水，增加了生产成本；铝矾土和铝酸钙粉往往含杂质较多，生产过程中需考虑除杂的问题；且其反应时间需要4小时左右，耗费了大量时间成本。

中国专利申请号CN02120932，发明名称为“生产聚合氯化铝的方法和装置”。公开了一种以盐酸和氢氧化铝为原料生产聚合氯化铝的方法。其在反应过程中吹入氯气，使得盐酸和氢氧化铝在接近常温和常压的条件迅速发生反应，生产聚合氯化铝。但此过程需引入氯气，会造成操作、保存、检漏上的麻烦，而且氯气成本较高，对设备腐蚀性较大。

中国专利申请号CN201410101932，发明名称为“一种聚合氯化铝混凝剂的制备方法”。公开了一种以工业级氢氧化铝为原料，使其分步与氢氧化钠、柠檬酸、盐酸反应制备聚合氯化铝的方法。虽然该制备方法具有对设备腐蚀性小的特点，但在制备过程中加入了柠檬酸。其增加了生产成本，而且在实际饮用水、污水处理过程中，如使用不当，易造成处理水体中COD反而升高，影响处理效果。

因此，研发一种能耗较低、对设备腐蚀性较小、杂质含量较低、生产方便、生产安全性大的聚合氯化铝十分必要。另外，目前水体中重金属污染问题引起的社会的广泛关注。其处理方法虽多，但往往处理成本较高，有的更存在二次污染问题。如果能研发一种混凝剂对其有较好的去除效果，将对污染控制产生积极作用。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种能耗低、对设备腐蚀性小、稳定性好、对重金属具有较好去除效果的混凝剂的制备方法。

本发明的另一个目的是提供上述混凝剂的应用。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种混凝剂的制备方法，以工业级氢氧化铝为主要原料，在高温条件下与氢氧化钠溶液反应，形成透明溶液；待透明溶液冷却至室温后，向其中加入盐酸溶液，使反应溶液的盐基度（OH/Al比值）控制在2.4~2.7，并快速搅拌，得到含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液；待上述含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液混合均匀后，进行加热和陈化处理，得所述混凝剂；

进一步，上述混凝剂的制备方法，具体步骤包括：

（1）准确称取氢氧化铝与氢氧化钠置于反应容器中，并加入水，在搅拌的条件下，将反应体系升温至微沸，完全反应25~35 min；其中，氢氧化铝与氢氧化钠的质量比为1.5~1.8：1，控制氢氧化钠溶液的质量浓度在50%~60%；

（2）待步骤（1）反应后的溶液冷却至室温后，加入体积浓度为19%~28%的盐酸溶液，控制反应溶液的盐基度在2.4~2.7，并进行搅拌，得到含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液；

（3）待步骤（2）所得氢氧化铝凝胶-聚合氯化铝混合溶液混合均匀后，在60~80℃下，加热0.5~1 小时；并在加热后进行陈化处理，陈化三天后，即得所述混凝剂。

采用上述方法制得的混凝剂用于水体中重金属去除的应用。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明通过实验研究，限定使用体积浓度为19%~28%的盐酸溶液进行反应，既避免了当盐酸浓度大于28%时，酸碱反应产生大量的热量，导致所产生的氢氧化铝凝胶老化而吸附活性降低；又避免了当盐酸浓度小于19%时，所得产品体积较大，不利于储存和生产的问题。

（2）本发明在综合考虑当加热温度大于80℃时，同样需要加热30 min，但容易导致所产生的氢氧化铝凝胶老化；而加热温度小于60℃时，反应时间则延长至3小时，能耗较大的基础上，通过大量创造性的试验研究，优选60~80℃的加热温度，在减小能耗的同时，避免了氢氧化铝凝胶老化的问题，制备出具有更优重金属去除效果的混凝剂。

（3）本发明通过研究发现当加热时间大于1小时，产品中铝形态发生较大转化，最具有混凝活性的Al_b（或Al₁₃）的含量开始明显减少；当加热时间小于0.5小时，盐酸与氢氧化铝凝胶反应不充分，高盐基度的聚合氯化铝中Al_b和Al₁₃未充分形成；并在此研究发现之上，辅以试验限定了本发明的最优的加热时间为0.5~1 小时，制得了对水体中重金属和COD都有较好的去除效果的混凝剂。

    （4）本发明制备的混凝剂中所具有的氢氧化铝凝胶对水体中重金属具有较好的吸附作用，从而可以大大促进水体中重金属的去除；所具有的高盐基度的聚合氯化铝具有较好的混凝效率，进一步使本发明混凝剂综合处理效果更好。

    （5）本发明制得的混凝剂可广泛用于水体中重金属的处理，对水体中重金属、浊度和COD都有较好的去除效果，去除率高。 

    （6）本发明混凝剂稳定性较好，铝形态在6个月内不发生较大的改变，使本发明有效期延长，处理效果更加稳定。

    （7）本发明在制备过程中，不需要加压，降低了对反应器的腐蚀性，提高了生产安全性。

 （8）本发明制备方法工艺简单，加热时间短，能耗小，生产成本较低，易于操作、控制。

具体实施方式

   下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，实施例中如无特殊说明，采用的原料即为普通市售产品。

实施例1：一种混凝剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将氢氧化铝与氢氧化钠按质量比为1.8：1准确称量后置于反应容器；加入少量水，控制氢氧化钠溶液的质量浓度为50%；在搅拌条件下，将反应体系升温至微沸；完全反应需30 min；

（2）待步骤（1）反应后的溶液冷却至室温后，快速加入体积浓度为19%的盐酸溶液，控制反应溶液的盐基度为2.4，并快速搅拌，得到含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液；

（3）待步骤（2）所得氢氧化铝凝胶-聚合氯化铝混合溶液混合均匀后，在80℃下，加热0.5 小时；并陈化三天，即得稳定的混凝剂产品。

实施例2：一种混凝剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将氢氧化铝与氢氧化钠按质量比为1.5：1准确称量后置于反应容器；加入少量水，控制氢氧化钠溶液的质量浓度为60%；在搅拌条件下，将反应体系升温至微沸；完全反应需25 min；

（2）待步骤（1）反应后的溶液冷却至室温后，快速加入体积浓度为28%的盐酸溶液，控制反应溶液的盐基度为2.7，并快速搅拌，得到含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液；

    （3）待步骤（2）所得氢氧化铝凝胶-聚合氯化铝混合溶液混合均匀后，在60℃下，加热0.5 小时；并陈化三天，即得稳定的混凝剂产品。

实施例3：一种混凝剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将氢氧化铝与氢氧化钠按质量比为1.8：1准确称量后置于反应容器；加入少量水，控制氢氧化钠溶液的质量浓度为60%；在搅拌条件下，将反应体系升温至微沸；完全反应需25 min；

（2）待步骤（1）反应后的溶液冷却至室温后，快速加入体积浓度为19%的盐酸溶液，控制反应溶液的盐基度为2.4，并快速搅拌，得到含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液；

    （3）待步骤（2）所得氢氧化铝凝胶-聚合氯化铝混合溶液混合均匀后，在80℃下，加热1 小时；并陈化三天，即得稳定的混凝剂产品。

实施例4：一种混凝剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将氢氧化铝与氢氧化钠按质量比为1.5：1准确称量后置于反应容器；加入少量水，控制氢氧化钠溶液的质量浓度为50%；在搅拌条件下，将反应体系升温至微沸；完全反应需35 min；

（2）待步骤（1）反应后的溶液冷却至室温后，快速加入体积浓度为28%的盐酸溶液，控制反应溶液的盐基度为2.7，并快速搅拌，得到含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液；

    （3）待步骤（2）所得氢氧化铝凝胶-聚合氯化铝混合溶液混合均匀后，在60℃下，加热1 小时；并陈化三天，即为稳定的重金属污水混凝剂产品。

       将实施例1~4制得的混凝剂，用于水体中重金属去除处理，并进行应用效果对比，处理效果如下表1所示。其中，处理水样的水质情况如下：COD：43 mg/L；Mn：0.25 mg/L；Pb：0.3 mg/L；Cd：0.15 mg/L；Zn：0.4 mg/L；Cr：0.02 mg/L；Cu：0.18 mg/L。

表1 混凝剂用于水体中重金属处理的实际处理效果

       由上表1可以看出，本发明所得混凝剂对水体中重金属和COD都有较好的去除效果，主要原因是因为制备的氢氧化铝凝胶对重金属具有较好的吸附能力，且高盐基度的聚合氯化铝具有较好的混凝效率，从而综合处理效果较好。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种混凝剂的制备方法，其特征在于：以工业级氢氧化铝为主要原料，在高温条件下与氢氧化钠溶液发生反应，冷却至室温后，向反应溶液中加入盐酸溶液，使反应溶液的盐基度控制在2.4~2.7，并快速搅拌，得到含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液；待上述含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液混合均匀后，进行加热和陈化处理，得所述混凝剂；

其中，所述盐酸溶液的体积浓度为19%~28%；所述加热的温度为60~80℃；加热时间为0.5~1 小时。

2.根据权利要求1所述混凝剂的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

（1）准确称取氢氧化铝与氢氧化钠置于反应容器中，并加入水，在搅拌的条件下，将反应体系升温至微沸，完全反应25~35 min；其中，氢氧化铝与氢氧化钠的质量比1.5~1.8：1，控制氢氧化钠溶液的质量浓度在50%~60%；

（2）待步骤（1）反应后的溶液冷却至室温后，加入体积浓度为19%~28%的盐酸溶液，控制反应溶液的盐基度在2.4~2.7，并进行搅拌，得到含有活性氢氧化铝凝胶的高盐基度的聚合氯化铝混合溶液；

（3）待步骤（2）所得氢氧化铝凝胶-聚合氯化铝混合溶液混合均匀后，在60~80℃下，加热0.5~1 小时；并在加热后进行陈化处理，陈化三天后，即得所述混凝剂。

3.一种混凝剂的应用，其特征在于，将采用权利要求1或2所述方法制得的混凝剂用于水体中重金属去除的应用。