CN1634771A

CN1634771A - 一种高Al13聚合铝的膜化学制备方法与产品

Info

Publication number: CN1634771A
Application number: CN 200310120833
Authority: CN
Inventors: 王东升; 汤鸿霄; 黄鹂
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2005-07-06

Abstract

本发明公开了一种稳定化高含量Al₁₃聚合铝的制备方法及利用该方法制备出的产品。本发明属于水处理用絮凝剂的生产和应用技术领域，以三氯化铝和氢氧化钠溶液为原料，在一定的温度和压力下，使氢氧化钠通过微滤膜进入三氯化铝溶液中，在一定强度的搅拌混合反应下即可以制备出高含量Al₁₃的聚合铝。本发明生产工艺参数容易控制，在常温常压下就可以进行制备。该产品的碱化度达到50～90％，有效混凝成分Al₁₃含量达到60～80％。混凝试验结果表明：本发明制备的聚合铝混凝效果明显高于市售工业聚合铝和三氯化铝。

Description

一种高Al13聚合铝的膜化学制备方法与产品

本发明涉及一种稳定化高含量Al₁₃聚合铝的制备方法及其产品，属于水处理用絮凝剂的生产和应用技术领域。

在市政、工业、民用用水与废水处理中，混凝技术是其中得到最为广泛应用的技术之一。随着环境污染的日益加剧，人们对水环境污染问题认识的深化以及对提高自身生活素质与标准的要求与日俱增，水环境污染的控制与治理逐渐引起人们的足够重视并取得各方面的进展。混凝技术可以用来去除水体中的颗粒态杂质以及强化水体中溶质的去除与污泥的固液分离等，因而有着更为广泛的需求与发展趋势。混凝剂是混凝技术的关键环节之一。按其化学性质可以大致区分为两大类，即无机与有机混凝剂。同时还可以按分子量大小继续区分为低分子凝聚剂与高分子絮凝剂。由于有机高分子絮凝剂存在毒性问题，且价格高昂难以大量应用。无机混凝剂具有无毒(或低毒)、价廉、原料易得等多方面的优点，在混凝技术中占据极其重要的地位，一直来得到广泛的应用。

在传统无机盐基础上发展起来的无机高分子絮凝剂(Inorganic Polymer Flocculant，IPF)，作为一类新型水处理药剂，自六十年代以来风行于我国、欧洲、日本、俄罗斯、东南亚各地，颇有取代传统药剂的趋势。它比原有药剂可成倍提高效能而价格相应较低，同时具有较多的其他优点如絮体密实、沉降性能好、良好的低温低浊效能等等。因此，被称为第二代水处理药剂。

IPF品种经历了近四十多年的研制开发逐渐形成了铝系、铁系以及多类复合型品种。虽然品种繁多、制备方法与工艺各有不同，但存在着较多的问题，且质量参差不齐，多数产品稳定性较差，作用效能相去甚远。同时，IPF的生产过程中主要技术指标仍然停留在碱化度的概念之中。对于各种羟基多核络合物的生成机制、结构形态、物化特性及其应用过程中的作用机理仍然缺乏明确的认识，且存在着多种不同乃至相反的观点。聚合铝作为一种新型高效水处理药剂，在国内外已得到迅速发展并成为目前产量最大，应用范围最广的主流水处理药剂。由聚合铝可衍生出多种复合型系列絮凝剂，其目的在于增强吸附架桥作用或凝聚沉降性能，提高净化处理效果的同时降低产品成本。但是无论哪种类型的无机高分子絮凝剂，其主体成分仍然是具有高价态的羟基聚合铝离子。其中起主要决定作用的成分为Al₁₃形态。现行主流聚合铝产品质量参差不齐，Al₁₃的含量仍然很低(仅在15-30％)，其生产工艺过程缺乏明确的科学理论基础。

实验室中以微量滴碱或缓慢加碱方式可制备出高Al₁₃含量的PAC。然而，用传统的精细化工工艺难以将其工业化。首先使用传统的方式进行反应时，反应界面很小，常规的加碱速度往往使反应体系中局部碱浓度过大，由于Al的水解速度极快，在这种条件下所形成的反应产物是Al(OH)₃(am)，而非目标产物Al₁₃；其次，通过缓慢加碱配合强烈混合以减小局部碱浓度过大，则耗时太长，效率太低。

因此，本发明的目的是克服当前聚合铝制备中存在的缺陷，采用膜化学原理提供一种以高Al₁₃为目标的具有优异混凝性能的聚合铝合成方法与产品。

膜化学制备的核心是膜组件反应器，它是由膜及其它辅件组合而成。膜组件中膜的选择应根据具体要求而定。对于铝的水解聚合而言，由于微滤膜有比较均匀的微孔，孔径一般在几十纳米到或几微米，可利用作为液体的微量分布器，将氯化铝溶液和碱液分别置于膜的两侧；同时利用膜内外压力差作为传质动力，将膜一侧的碱液均匀可控地加入到膜得另一侧的氯化铝溶液中，进行反应。显然，用微滤膜制成的反应器可极大地增大反应的微界面，使得反应物AlCl₃和NaOH可在很短的时间达到混合均匀，因此极大地降低了局部碱浓度，有利于Al₁₃的形成。

实施例：

AlCl₃：0.5mol/L，NaOH：0.5mol/L，于室温条件下进行反应。应用平板微滤膜制备PAC，按照10.0ml/min的加碱速率，控制NaOH加入量由低到高，使最终碱化度(OH/Al比值)分别为1.0，1.5，2.0和2.5。最后经过2小时的熟化反应，应用Ferron逐时络合比色法分析其形态分布如下表所示：

表1，产品的形态分布结果

Ala Alb Alc

B＝1.0 57.0 43.0 0

B＝1.5 39.5 58.0 2.5

B＝2.0 21.3 63.5 15.2

B＝2.5 8.7 88.6 2.7

本絮凝剂与三氯化铝、工业聚合铝净水效果对比：

原水pH6.5，温度25℃

投药量原水浊度余浊

(mg/L) (ntu) (ntu)

本絮凝剂 0.3 55 11

三氯化铝 0.3 55 30

工业聚合铝 0.3 55 24

本絮凝剂 1.0 55 6.5

三氯化铝 1.0 55 26

工业聚合铝 1.0 55 12

本絮凝剂 3.3 55 0.5

三氯化铝 3.3 55 3.3

工业聚合铝 3.3 55 1.3

由此可见，本法制备的絮凝剂其净水效果显著优于三氯化铝与工业聚合铝。

说明书附图说明：

附图1为工艺流程的示意图。原料池的原料经过泵计量控制进入膜反应器中，进行反应分离而后经过另一泵到熟化池熟化。

附图标记：1、熟化池；2、泵；3、反应器；4、泵；5、原料池。

Claims

1，一种制备聚合铝溶液的膜化学方法。以三氯化铝和氢氧化钠溶液为原料，在温度为10～60℃和一定压力下，使氢氧化钠通过微滤膜进入三氯化铝溶液中，在机械搅拌混合反应2～12小时，即可以制备出高含量Al₁₃的聚合铝。

2，一种按照权利1要求的方法制备的聚合铝溶液，其特征是碱化度50～90％，有效混凝成分Al₁₃含量达到60～80％。聚合铝溶液的铝浓度为0.1～6.0mol/L。