CN108128863A - 一种聚合硅酸聚合氯化锆无机高分子絮凝剂的制备方法 - Google Patents

一种聚合硅酸聚合氯化锆无机高分子絮凝剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种聚合硅酸聚合氯化锆无机高分子絮凝剂的制备方法属于给水处理技术领域。本发明针对无机低分子锆盐絮凝剂在处理低温原水时效能差及絮体形成受阻的问题，通过聚合氯化锆与聚硅酸发生共聚作用，形成了Si—O—Zr键使得该絮凝剂分子链增长，强化了吸附架桥和网捕卷扫作用，在低温条件下对有机污染物去除能力强，形成的絮体尺寸大且易于沉降。本发明特别适用于低温低浊高有机物的原水强化混凝处理。

Description

一种聚合硅酸聚合氯化锆无机高分子絮凝剂的制备方法
技术领域
本发明属给水处理领域，特别涉及一种聚合硅酸聚合氯化锆高效絮凝剂的制备方法。
背景技术
混凝是水处理工艺中的重要单元。在过去的近百年的工程应用中，铝盐和铁盐一直作为常规絮凝剂在水处理过程中发挥着重要的作用。然而，随着现代科技以及医学的进步，也逐渐意识到并发现铝盐和铁盐絮凝剂在给水厂中应用的一些不足。例如：铝盐的毒性问题及低温除浊能力差等问题；铁盐的腐蚀性问题以及出水发黄等问题。因此，新型高效絮凝剂的研制受到业内广泛关注。近年来，相关的研究主要集中在钛盐絮凝剂的开发利用上，并且取得了诸多的研究成果。除此之外，锆盐絮凝剂的研制也逐渐受到业内的重视。
锆盐絮凝剂相比常规絮凝剂(如：铝盐和铁盐絮凝剂)对有机物的去除效果有显著的提升，且形成的絮体尺寸较大，结构更加密实、沉降性能更加。特别是锆盐絮凝剂可在以有机物为主的原水(没有颗粒物)中仍可形成尺寸较大且密实的絮体，而铝盐和铁盐在此种水质下形成的絮体较小、结构疏松且难以沉降。然而，锆盐絮凝剂(特指无机低分子锆盐)在低温条件下絮体形成受阻，对污染物的去除效果较差，不及铝盐和铁盐絮凝剂。
因此，制备出在低温条件下仍能形成大尺寸密实絮体的高效锆盐絮凝剂是水处理领域研究人员进一步开发利用锆盐絮凝剂的技术难题。为此，本案发明人针对该问题，提出了一种聚合硅酸聚合氯化锆高效絮凝剂的制备方法，以克服无机低分子锆盐在低温条件下对污染物去除效果差的缺点。
发明内容
本发明的目的是针对低温条件下无机低分子锆盐絮凝剂对污染物去除效果差的问题，提供一种适用于低温条件的高分子锆盐絮凝剂的制备方法，特别涉及一种聚合硅酸聚合氯化锆无机高分子絮凝剂的制备方法。
本发明的技术原理在于：在聚合氯化锆溶液中加入聚硅酸溶液，聚合氯化锆与聚硅酸发生相互作用，形成了Si—O—Zr键，使得该絮凝剂分子链增长，克服了无机低分子锆盐在低温条件下形成絮体受阻的缺点，强化了吸附架桥和网捕卷扫作用，形成絮体尺寸较大，对污染物去除能力较强。
为实现上述目的，本发明提供的一种聚合硅酸聚合氯化锆无机高分子絮凝剂，可以通过如下方法得到：
(1)称取原料，配制溶液；
(2)将硅酸钠溶液逐滴加入0.2～0.3mol/L的稀硫酸中，室温20～25℃下持续以500～600rpm搅拌，控制反应过程中混合液的pH值＜2，静置熟化3～4小时，得到聚硅酸溶液；
(3)将氢氧化钠溶液逐滴加入至四氯化锆溶液中，室温20～25℃下持续以500～600rpm持续搅拌至溶液呈无色透明后，静置熟化3～4小时，得到碱化度(B)为0.5～2.0的聚合氯化锆溶液；
(4)量取聚硅酸溶液，控制Zr/Si摩尔比为5～20：1，逐滴加入到聚合氯化锆溶液中，此过程在室温20～25℃及以500～600rpm持续搅拌下进行，并于滴定结束后继续在室温20～25℃下以500～600rpm持续搅拌5～6小时后，静置熟化20～24小时，得到聚合硅酸聚合氯化锆溶液。
所述方法中，步骤(2)中的聚硅酸溶液的浓度以硅计为0.08～0.12mol/L。
所述方法中，步骤(3)中的聚合氯化锆溶液的浓度以锆计为0.2～0.3mol/L。
所述方法中，步骤(4)中Zr/Si摩尔比，当待处理原水水温＜5℃时，应选自5～10:1范围；当待处理原水水温处于5～10℃范围时，应选自10～20:1范围。
本发明的技术优势、可取得如下预期的技术效果：
(1)在低温条件下，聚合硅酸聚合氯化锆絮凝剂对有机物去除效果较好，形成的絮体尺寸较大、密实且沉降性能良好。
(2)聚合硅酸与聚合氯化锆复配后制备的新型絮凝剂稳定性好，可储存1～2个月。
(3)操作方法简单易行，原料易得，成本低廉，实际应用的可能性较大。
具体实施方式
实施例1
取北京市内某河水作为试验用原水，原水浊度为21.8NTU，DOC为12.3mg/L，pH值为7.3，水温为8.8℃。
使用本发明的方法制备的絮凝剂对上述河水进行混凝试验，此试验的过程为混凝试验开始时投加絮凝剂，同时以500rpm进行1min快速搅拌，然后以50rpm进行15min的慢速搅拌，最后静沉15min后测沉后水水质。
当处理水温处于5～10℃范围时，在制备聚合硅酸聚合氯化锆过程中Zr/Si摩尔比应选自10～20:1范围，具体的制备过程如下：
(1)称取7.4039g的Na2SiO3·9H2O固体溶于50mL的去离子水中，使用注射泵以0.1mL/min的速度逐滴加入0.2mol/L的稀硫酸中，滴加过程在室温25℃下进行并持续以550rpm搅拌，用0.6mol/L的稀硫酸控制反应过程中混合液的pH值为1.5，静置熟化3小时后，定容至250mL的容量瓶中得到0.1mol/L的聚硅酸溶液；
(2)将50mL的0.4mol/L氢氧化钠溶液使用注射泵以0.1mL/min的速度逐滴加入至50mL的0.4mol/L四氯化锆溶液中，滴加过程在室温25℃下进行并持续以550rpm搅拌至溶液呈无色透明后，静置熟化3小时，得到碱化度(B)为1.0的0.2mol/L聚合氯化锆溶液；
(3)取20mL的0.1mol/L聚硅酸溶液，使用注射泵以0.05mL/min的速度逐滴加入到100mL的0.2mol/L聚合氯化锆溶液中，此过程在室温25℃及以550rpm持续搅拌下进行，并于滴定结束后继续在室温25℃下以550rpm持续搅拌6小时后，静置熟化20小时，Zr/Si摩尔比为10：1得到聚合硅酸聚合氯化锆絮凝剂。
试验结果如下：
说明采取本案的发明方法制备的Zr/Si摩尔比为10：1得到聚合硅酸聚合氯化锆较单独使用四氯化锆作为絮凝剂而言，在投量(以锆计)降低37.5％的条件下，对浊度和有机物的去除率水平相当，证明了本案提出的新方法制备的聚合硅酸聚合氯化锆的处理低温原水的高效性。
实施例2
于11月取北京某公园湖水作为试验用水，原水浊度为6.6NTU，DOC为6.3mg/L，pH值为7.5，水温为3.2℃。
使用本发明的方法制备的絮凝剂对上述原水进行混凝试验，此试验的过程为混凝试验开始时投加絮凝剂，同时以500rpm进行1min快速搅拌，然后以50rpm进行15min的慢速搅拌，最后静沉15min后测沉后水水质。
当处理水温＜5℃时，在制备聚合硅酸聚合氯化锆过程中Zr/Si摩尔比应选自5～10:1范围，具体的制备过程如下：
(1)称取7.4039g的Na2SiO3·9H2O固体溶于50mL的去离子水中，使用注射泵以0.1mL/min的速度逐滴加入0.2mol/L的稀硫酸中，滴加过程在室温25℃下进行并持续以600rpm搅拌，用0.6mol/L的稀硫酸控制反应过程中混合液的pH值为1.5，静置熟化3.5小时后，定容至250mL的容量瓶中得到0.1mol/L的聚硅酸溶液；
(2)将50mL的0.4mol/L氢氧化钠溶液使用注射泵以0.1mL/min的速度逐滴加入至50mL的0.4mol/L四氯化锆溶液中，滴加过程在室温25℃下进行并持续以600rpm搅拌至溶液呈无色透明后，静置熟化3.5小时，得到碱化度(B)为1.0的0.2mol/L聚合氯化锆溶液；
(3)取40mL的0.1mol/L聚硅酸溶液，使用注射泵以0.05mL/min的速度逐滴加入到100mL的0.2mol/L聚合氯化锆溶液中，此过程在室温25℃及以600rpm持续搅拌下进行，并于滴定结束后继续在室温25℃下以600rpm持续搅拌5小时后，静置熟化24小时，Zr/Si摩尔比为5：1得到聚合硅酸聚合氯化锆絮凝剂。
试验结果如下：
说明采取本案的发明方法制备的Zr/Si摩尔比为5：1得到聚合硅酸聚合氯化锆较单独使用四氯化锆作为絮凝剂而言，在原水处于低温<5℃条件下，对浊度和有机物的去除率显著提高，证实了本案提出的新方法制备的聚合硅酸聚合氯化锆的处理低温原水的高效性。

Claims (4)

1.一种聚合硅酸聚合氯化锆无机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于，所用的原料：硅酸钠；四氯化锆；氢氧化钠和硫酸；
其制备步骤如下：
(1)称取原料，配制溶液；
(2)将硅酸钠溶液逐滴加入0.2～0.3mol/L的稀硫酸中，室温20～25℃下持续以500～600rpm搅拌，控制反应过程中混合液的pH值＜2，静置熟化3～4小时，得到聚硅酸溶液；
(3)将氢氧化钠溶液逐滴加入至四氯化锆溶液中，室温20～25℃下持续以500～600rpm持续搅拌至溶液呈无色透明后，静置熟化3～4小时，得到碱化度(B)为0.5～2.0的聚合氯化锆溶液；
(4)量取聚硅酸溶液，控制Zr/Si摩尔比为5～20：1，逐滴加入到聚合氯化锆溶液中，此过程在室温20～25℃及以500～600rpm持续搅拌下进行，并于滴定结束后继续在室温20～25℃下以500～600rpm持续搅拌5～6小时后，静置熟化20～24小时，得到聚合硅酸聚合氯化锆溶液。
2.根据权利要求1所述的聚合硅酸聚合氯化锆无机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的聚硅酸溶液的浓度以硅计为0.08～0.12mol/L。
3.根据权利要求1所述的聚合硅酸聚合氯化锆无机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的聚合氯化锆溶液的浓度以锆计为0.2～0.3mol/L。
4.根据权利要求1所述的聚合硅酸聚合氯化锆无机高分子絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中Zr/Si摩尔比，当待处理原水水温＜5℃时，应选自5～10:1范围；当待处理原水水温处于5～10℃范围时，应选自10～20:1范围。
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