CN108178262A - 一种高铝离子浓度的无机-有机复合高分子絮凝剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高铝离子浓度的无机‑有机复合高分子絮凝剂，该絮凝剂是以结晶氯化铝、浓盐酸、二甲基十八烷基(3‑三甲氧基硅基丙基)氯化铵和氢氧化钠水溶液为原料，利用二甲基十八烷基(3‑三甲氧基硅基丙基)氯化铵将有机组分和无机组分以共价键紧密结合，充分发挥出无机絮凝剂和有机絮凝剂的协同增效作用，可有效降低污水中的浊度、色度，去除水中的悬浮物和COD，且絮凝剂中总铝浓度高，减少了絮凝剂加药量，絮凝性能好。本发明絮凝剂的制备方法简单，碱液滴加时间较短，且通过加入少量浓盐酸，有效阻止了氯化铝的水解，保证了铝离子的浓度稳定。

Description

一种高铝离子浓度的无机-有机复合高分子絮凝剂
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种水处理中混凝沉降工段的絮凝剂。
背景技术
面对复杂的污水体系，使用单一类型的絮凝剂往往难以取得满意的处理效果，复合型絮凝剂能克服使用单一絮凝剂的不足之处，表现出优于单一絮凝剂的效果，并且降低了成本，提高了絮凝性能，是近年来絮凝剂的研究热点。复合型絮凝剂是指由两种或两种以上物质通过一系列反应而生成的、能产生絮状沉淀效果的新型絮凝剂。按化学成分复合型絮凝剂可分为无机-无机复合型絮凝剂、无机-有机复合型絮凝剂及有机-有机复合型絮凝剂。
有机高分子絮凝剂多带有COO-、-NH-、-SO3、-OH等亲电基团，具有环状、链状等多种结构，有利于污染物进入絮体，在水处理中具有用量少、絮凝速度快、脱色性能好、产生污泥量少、不易受pH、盐类以及环境温度影响等优点。无机盐成分易吸附杂质和悬浮微粒，使之形成颗粒并逐渐增大，有机高分子则通过自身的桥联作用，利用吸附活性基团产生网捕作用，将其它杂质颗粒网捕下沉，另外无机盐的存在使污染物表面电荷中和，促进了有机高分子的絮凝作用，显著提高了絮凝效果。无机-有机复合絮凝剂不仅具备无机、有机各自原有的特征，且具备两者协同作用产生的新的性能，近年来已受到广泛重视。
传统的无机-有机复合型絮凝剂大多是将无机组分和有机组分通过复配或静电、配位作用结合在一起，结构较为松散，难以保持絮凝剂的稳定性，并不是真正的复合型絮凝剂，如专利CN104556331A将聚合氯化铝与改性海藻酸钠按质量比为(2～10):1混合制得的聚合铝-改性海藻酸钠无机-有机复合絮凝剂，专利CN1594128A以聚合铝和二甲基二烯丙基氯化铵制备的无机-有机复合絮凝剂。
众所周知，铝溶液中的各种铝形态相对区分为单体铝形态Ala、中等聚合形态Alb和溶胶或凝胶态Alc三类，铝系絮凝剂在水中起混凝沉降作用的主要是羟基铝形态的十三聚合铝即Alb或称为Al13，其含量越多，反应絮凝性能越好。传统滴碱法合成羟基铝形态的聚合反应，是利用微量加碱法或称为缓慢滴碱法，即碱液的滴加时间长、滴加速度慢，才可尽量减少溶胶态Alc或Al(OH)3凝胶的出现，从而得到质量稳定且含量较高的Al13，此外该法还存在生成的总铝浓度低(<0.2mol/L)的缺点，不利于产品的制备、运输及使用。如专利CN101298347A中使用γ-氨丙基二乙氧基甲基硅烷和氯化铝制备的无机有机复合絮凝剂，其总铝浓度为0.05～0.25mol/L，实施例中的加碱时间为3小时。化学需氧量(COD)是衡量水中有机物质含量多少的指标，化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。COD的常规去除方法有树脂吸附法、气浮法、电化学法、臭氧氧化法及生物法等。一般而言，污水中的COD大部分是可溶于水的有机物，而絮凝剂主要是去除废水中的固体悬浮物以及少量不溶于水的有机物。因此，絮凝剂对水中COD的降解率很低甚至没有效果，用絮凝沉降的方法去除水中COD的应用较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种总铝浓度高、有机组分和无机组分以共价键结合无机-有机复合高分子絮凝剂，并为该絮凝剂提供一种制备方法。
解决上述技术问题所采用的絮凝剂由下述方法制备得到：
将结晶三氯化铝加入去离子水与浓盐酸质量比为1:0.08～0.1的混合液中，配制成三氯化铝溶液，向该溶液中加入二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵，混合均匀，然后在室温下向所得混合液中滴加氢氧化钠水溶液，所述三氯化铝与二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵、氢氧化钠的摩尔比为1:0.06～0.6:0.3～3.0，滴加完后静置反应完全，得到无机-有机复合高分子絮凝剂，其总铝浓度为0.5～1.5mol/L，pH值为4.0～6.0。
本发明高铝离子浓度的无机-有机复合高分子絮凝剂优选由下述方法制备得到：
将结晶三氯化铝加入去离子水与浓盐酸质量比为1:0.08的混合液中，配制成1.5mol/L的三氯化铝溶液；向该溶液中加入二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵，混合均匀，然后在室温下向所得混合液中滴加1.5mol/L的氢氧化钠水溶液，所述三氯化铝与二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵、氢氧化钠的摩尔比为1:0.3:0.5，滴加完后静置反应完全，得到无机-有机复合高分子絮凝剂，其总铝浓度为1mol/L，pH值为5.2。
上述制备方法中，优选氢氧化钠水溶液在1.5～2.5小时内滴加完。
上述制备方法中，所述浓盐酸中HCl的质量浓度为35％～38％。
本发明的有益效果如下：
1、本发明絮凝剂利用二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵将有机组分和无机组分以共价键紧密结合，该絮凝剂同时具有无机和有机絮凝剂的混凝、沉降效果，协同增效作用显著，且絮凝剂中总铝浓度高，减少了絮凝剂加药量，絮凝性能好。
2、本发明絮凝剂的制备方法简单，碱液滴加时间较短，且通过加入少量浓盐酸，有效阻止了氯化铝的水解，保证了铝离子的浓度稳定。
3、本发明絮凝剂同时可有效去除水中的COD。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
将结晶三氯化铝加入去离子水与浓盐酸(HCl质量浓度为37％)质量比为1:0.09的混合液中，配制成100mL 2mol/L的三氯化铝溶液。取50mL三氯化铝溶液加入4.96g二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵，使用电动搅拌器快速搅拌直至两者混合均匀，然后在室温下使用恒流蠕动泵向所得混合液中匀速滴加200mL 2mol/L的氢氧化钠水溶液，2小时滴加完，三氯化铝与二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵、氢氧化钠的摩尔比为1:0.1:2，滴加完后静置反应完全，得到无机-有机复合高分子絮凝剂，其总铝浓度为0.67mol/L，pH值为4.1。
实施例2
将结晶三氯化铝加入去离子水与浓盐酸(HCl质量浓度为37％)质量比为1:0.08的混合液中，配制成100mL 1.5mol/L的三氯化铝溶液。取100mL三氯化铝溶液加入22.33g二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵，使用电动搅拌器快速搅拌直至两者混合均匀，然后在室温下使用恒流蠕动泵向所得混合液中匀速滴加50mL1.5mol/L的氢氧化钠水溶液，1.5小时滴加完，三氯化铝与二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵、氢氧化钠的摩尔比为1:0.3:0.5，滴加完后静置反应完全，得到无机-有机复合高分子絮凝剂，其总铝浓度为1mol/L，pH值为5.2。
为了证明本发明的有益效果，发明人对实施例1和2制备的无机-有机复合高分子絮凝剂进行了性能测试，具体试验情况如下：
1、除浊试验
分别采用实施例1的絮凝剂和聚合氯化铝对高岭土水进行混凝除浊处理，高岭土水原水浊度为124NTU、pH值为8.1，加药量以Al计(单位mol/L)。检测处理后水样上清液的剩余浊度，实验结果见表1。
表1不同加药量时除浊效果(NTU)
由表1可见，本发明制备出的絮凝剂用量小，除浊效果好，比聚合氯化铝的浊度去除率高。
2、除COD试验
分别采用实施例1的絮凝剂和聚合氯化铝对延长油田某采油废水进行混凝处理，原水COD为708.5mg/L。检测处理后水样上清液的COD，实验结果见表2。
表2不同加药量时去除COD效果(mg/L)
由表2可见，本发明絮凝剂可去除原水中的COD，在10×10-4mg/L用量时去除率可分别达到42.0％和43.3％，远远高于聚合氯化铝的去除率。

Claims (4)

1.一种高铝离子浓度的无机-有机复合高分子絮凝剂，其特征在于该絮凝剂由下述方法制备得到：
将结晶三氯化铝加入去离子水与浓盐酸质量比为1:0.08～0.1的混合液中，配制成三氯化铝溶液，向该溶液中加入二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵，混合均匀，然后在室温下向所得混合液中滴加氢氧化钠水溶液，所述三氯化铝与二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵、氢氧化钠的摩尔比为1:0.06～0.6:0.3～3.0，滴加完后静置反应完全，得到无机-有机复合高分子絮凝剂，其总铝浓度为0.5～1.5mol/L，pH值为4.0～6.0。
2.根据权利要求1所述的高铝离子浓度的无机-有机复合高分子絮凝剂，其特征在于该絮凝剂由下述方法制备得到：
将结晶三氯化铝加入去离子水与浓盐酸质量比为1:0.08的混合液中，配制成1.5mol/L的三氯化铝溶液；向该溶液中加入二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵，混合均匀，然后在室温下向所得混合液中滴加1.5mol/L的氢氧化钠水溶液，所述三氯化铝与二甲基十八烷基(3-三甲氧基硅基丙基)氯化铵、氢氧化钠的摩尔比为1:0.3:0.5，滴加完后静置反应完全，得到无机-有机复合高分子絮凝剂，其总铝浓度为1mol/L，pH值为5.2。
3.根据权利要求1或2所述的高铝离子浓度的无机-有机复合高分子絮凝剂，其特征在于：所述氢氧化钠水溶液在1.5～2.5小时内滴加完。
4.根据权利要求1或2所述的高铝离子浓度的无机-有机复合高分子絮凝剂，其特征在于：所述浓盐酸中HCl的质量浓度为35％～38％。
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