CN1634773A

CN1634773A - 利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法与设备

Info

Publication number: CN1634773A
Application number: CN 200310123453
Authority: CN
Inventors: 何菲; 王东升; 汤鸿霄; 刘忠洲
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2005-07-06

Abstract

本发明属于水处理絮凝剂合成技术领域，尤其涉及到在超声波作用下合成无机高分子絮凝剂的方法。该方法的特点是，在碱溶液加入到铝盐或铁盐或硅酸盐溶液的过程中，通过超声波发生仪对混合溶液的超声空化作用，液体分子或离子的混合扩散过程可以得到强化，因而能够制备出性能优良的无机高分子絮凝剂。本发明设备简单、操作简便。

Description

利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法与设备

技术领域

本发明属于水处理絮凝剂合成技术领域，尤其涉及在超声波作用下制备无机高分子絮凝剂的方法与设备。

背景技术

无机高分子絮凝剂主要包括阳离子型絮凝剂、阴离子型絮凝剂、无机复合型絮凝剂以及无机与有机复合型絮凝剂。阳离子型絮凝剂如：聚合氯化铝(铁)、聚合硫酸铝(铁)、聚合磷酸铝(铁)；阴离子有活化硅酸、聚合硅酸；无机复合型有聚合氯化(硫酸、磷酸、硅酸)铝铁；无机有机复合型有聚合铝-聚丙烯酰胺、聚合铁-聚丙烯酰胺。由于无机高分子絮凝剂具有高电荷、高分子量、形态稳定、絮体沉降快、药剂投加量低、絮凝区间宽等优点，目前在水处理行业中得到广泛应用。近年来，多种工艺可用于合成无机高分子絮凝剂，如铝灰或铁屑酸溶、中和、热分解、电渗析、电解等，但这些方法的主要缺陷在于，生产工艺较复杂、成本昂贵等，因而寻求简便、经济的无机高分子絮凝剂的合成技术，日益成为絮凝剂研制与生产的焦点。

本发明在国内外首次提出超声波法合成无机高分子絮凝剂的工艺技术，不仅使制品絮凝效能稳定，而且能够简化合成工艺，降低生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法和设备。

本发明的技术原理是：

超声波通过液体时，可产生空化作用，即：某一小区域内的液体受到大幅值迅速交变的声压作用后，液体分子被突然分开，液体内出现真空区；当声压使其膨胀时，真空区又突然破灭。因而，利用这一原理，可以加速液体分子混合扩散。以聚合氯化铝的合成为例，在超声波的作用下，可以使加入到AlCl₃溶液中的碱液液滴很小，并能够迅速分散混合；因此，有利于增大界面面积和形成局域瞬时合适pH值，从而有益于生成更多的最佳絮凝成分Al₁₃或Al_b的前驱体，Al(OH)^-，进而提高PAC产品中的有效成分Al₁₃或Al_b的含量。

本发明的技术方案可分为两种：

一、内置超声：将超声波发生仪的超声探头浸于铝或铁或硅酸的盐溶液中，对准碱的加入点进行超声，如图1所示。

1.向碱液罐1中注入碱液B。

2.向反应罐5注入一定量的铝或铁或硅酸的盐溶液A，开启搅拌装置6，使反应罐5内的A溶液在搅拌装置6的搅拌作用下，均匀混合。

3.开启超声波发生仪7，使超声波探头8产生的超声波恰好作用于碱液出口4。与此同时，开启计量泵3，使碱液B流经流量计2，计量泵3，经由位于A溶液液面下的碱液出口4，加入到铝或铁或硅酸的盐溶液A中，并与A溶液发生反应。

4.当碱化度达到预定值时，关闭计量泵3、超声波发生仪7，继续搅拌A、B反应混合溶液2min后，关闭搅拌装置6。

二、外置超声：将盛有铝盐溶液的反应罐置于超声波发生仪的水槽内，随碱液的加入，对溶液进行超声，同时对溶液进行机械搅拌，如图2所示。

1.向碱液罐1中注入碱液B。

2.向反应罐5内注入一定量的铝或铁或硅酸的盐溶液A，将反应罐5置于超声波发生仪7的水槽9的水浴中，开启搅拌装置6，使A溶液在搅拌装置6的搅拌作用下，均匀混合。

3.开启超声波发生仪7，使其产生的超声波作用于反应罐5内的A溶液。与此同时，开启计量泵3，使碱液B流经流量计2，计量泵3，经由位于A溶液液面下的碱液出口4，加入到铝或铁或硅酸的盐溶液A中，并与A溶液发生反应。

4.当碱化度达到预定值时，关闭计量泵3，继续搅拌A、B反应混合溶液2min后，关闭超声波发生仪7与搅拌装置6。

本发明的专用设备为：

一、内置超声(见图1)：碱液罐1的出口通过管线与流量计2、计量泵3的入口相连接；计量泵3的出口与碱液出口4相连；碱液出口4浸没于反应罐5内的溶液A中，并靠近超声波发生仪7的超声探头8，超声探头8插入反应罐5内的溶液A中。反应罐5内的溶液由搅拌装置6搅拌。

二、外置超声(见图2)：碱液罐1的出口通过管线与流量计2、计量泵3的入口相连接；计量泵3的出口与碱液出口4相连；碱液出口4浸没于反应罐5内的溶液A中。反应罐5置于超声波发生仪7的超声水槽9的水浴中；反应罐5内的溶液A并靠近超声波发生仪7的超声探头8，超声探头8插入反应罐5内的溶液A中。反应罐5内的溶液由搅拌装置6搅拌。

本发明所用的超声波发生仪超声功率为10瓦～10⁵瓦。

本发明所用的溶液A，为铝、铁或硅酸盐溶液，如H₂SiO₃，Na₂SiO₃，K₂SiO₃，Fe₂(SO₄)₃，Al₂(SO₄)₃，FeCl₃，AlCl₃，Al(OH)₃，Fe(OH)₃等的溶液，或其中某几种的混合溶液。

本发明所用的碱液B，为NaOH，KOH，Na₂CO₃，K₂CO₃，NaHCO₃，KHCO₃，NaAlO₂，庚酸钠，柠檬酸钠，酒石酸钠，葡萄糖酸钠，聚丙烯酰胺，甲壳素等的溶液。

所述的溶液A的初始浓度为10^-6～10mol/l，溶液B的浓度为10^-6～10mol/l。

本发明工艺和设备简单，操作方便，操作条件易于控制，容易实现工程放大，所制备出的无机高分子絮凝剂有效成分含量较高。

附图说明

图1：本发明的设备之一示意图；

图2：本发明的设备之一示意图；

附图标记

1.碱罐 2.流量计 3.计量泵 4.碱液出口 5.反应罐 6.搅拌装置 7.超声波发生仪8.超声波发生仪探头 9.超声波发生仪水槽

具体实施方式

下面结合实例及附图对本发明的技术方案作进一步描述。

实施例1：

请参见图1，用AlCl₃和NaOH溶液制备聚合氯化铝(PAC)絮凝剂。

搅拌装置6为磁力搅拌器作用下的转子。

1.向碱液罐1中注入60ml 0.5mol/L的NaOH溶液。

2.向反应罐5注入100ml 0.1mol/L的AlCl₃溶液，开启搅拌装置6，使反应罐5内的AlCl₃溶液在搅拌装置6的搅拌作用下，均匀混合。

3.开启超声波发生仪7，使超声波探头8产生的超声波恰好作用于碱液出口4。与此同时，开启计量泵3，使NaOH溶液流经流量计2，计量泵3，经由位于AlCl₃溶液液面下的碱液出口4，加入到AlCl₃溶液中，并与AlCl₃溶液发生反应。

4.当碱化度(OH^-与Al³⁺的摩尔比)达到2时，关闭计量泵3、超声波发生仪7，继续搅拌AlCl₃与NaOH的反应混合溶液2min后，关闭搅拌装置6。

通过调节计量泵3，控制NaOH溶液的正压加入速度为0.3ml/min；设定搅拌装置6的搅拌强度为400r/min，探头式超声波发生仪7的超声强度为1000瓦。当NaOH加入量为42ml，即PAC产品碱化度为2.1时，结束反应。

本实例制备的聚合氯化铝的产品形态分布见表1(摩尔百分比浓度)。

表1.

总Al(mol/L) 碱化度 Al_a％ Al_b％ Al_c％

0.07 2.1 14.5 77.4 8.1

实施例2：

请参见图2。利用AlCl₃和NaHCO₃溶液制备碱化度为2的聚合氯化铝(PAC)絮凝剂。

搅拌装置6为桨式搅拌机，超声波发生仪7为超声波清洗机。

1.向碱液罐1中注入150ml 0.8mol/L的NaHCO₃溶液。

2.向反应罐5内注入100ml 0.4mol/L的AlCl₃溶液，将反应罐5置于超声波发生仪7的水槽9的水浴中，开启搅拌装置6，使AlCl₃溶液在搅拌装置6的搅拌作用下，均匀混合。

3.开启，使其产生的超声波作用于反应罐5内的AlCl₃溶液。与此同时，开启计量泵3，使NaHCO₃溶液流经流量计2，计量泵3，经由位于AlCl₃溶液液面下的碱液出口4，加入到AlCl₃溶液中，并与AlCl₃溶液发生反应。

4.当碱化度达到2时，关闭计量泵3，继续搅拌AlCl₃和NaHCO₃反应混合溶液2min后，关闭超声波发生仪7与搅拌装置6。

通过调节计量泵3，控制NaOH溶液的正压加入速度为0.3ml/min；设定搅拌装置6的搅拌强度为400r/min，超声波清洗机7的超声强度为100瓦。当NaOH加入量为105ml，即PAC产品碱化度为2.1时，结束反应。

本实例制备的聚合氯化铝的产品形态分布见表2(摩尔百分比浓度)。

表2.

总Al(mol/L) 碱化度 Al_a％ Al_b％ Al_c％

0.20 2.1 13.1 81.2 5.7

Claims

1.一种利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法，其特征在于：

在碱溶液加入到铝盐或铁盐或硅酸盐溶液的过程中，通过超声波发生仪对混合溶液的超声空化作用，制备无机高分子絮凝剂。技术方案为：

一、内置超声：将超声波发生仪的超声探头浸于铁或铝或硅酸的盐溶液中，对准碱的加入点进行超声，如图1所示。

(1).向碱液罐1中注入碱液B。

(2).向反应罐5注入一定量的铝或铁或硅酸的盐溶液A，开启搅拌装置6，使反应罐5内的A溶液在搅拌装置6的搅拌作用下，均匀混合。

(3).开启超声波发生仪7，使超声波探头8产生的超声波恰好作用于碱液出口4。与此同时，开启计量泵3，使碱液B流经流量计2，计量泵3，经由位于A溶液液面下的碱液出口4，加入到铝或铁或硅酸的盐溶液A中，并与A溶液发生反应。

(4).当碱化度达到预定值时，关闭计量泵3、超声波发生仪7，继续搅拌A、B反应混合溶液2min后，关闭搅拌装置6。

(1).向碱液罐1中注入碱液B。

(2).向反应罐5内注入一定量的铝或铁或硅酸的盐溶液A，将反应罐5置于超声波发生仪7的水槽9的水浴中，开启搅拌装置6，使A溶液在搅拌装置6的搅拌作用下，均匀混合。

(3).开启超声波发生仪7，使其产生的超声波作用于反应罐5内的A溶液。与此同时，开启计量泵3，使碱液B流经流量计2，计量泵3，经由位于A溶液液面下的碱液出口4，加入到铝或铁或硅酸的盐溶液A中，并与A溶液发生反应。

(4).当碱化度达到预定值时，关闭计量泵3，继续搅拌A、B反应混合溶液2min后，关闭超声波发生仪7与搅拌装置6。

2.如权利1要求所述的利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法，其特征在于所述的超声波发生仪的超声功率为10瓦～105瓦。

3.如权利1要求所述的利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法，其特征在于所述的溶液A，为铝、铁或硅酸盐溶液，如H₂SiO₃，Na₂SiO₃，K₂SiO₃，Fe₂(SO₄)₃，Al₂(SO₄)₃，FeCl₃，AlCl₃，Al(OH)₃，Fe(OH)₃等的溶液，或其中某几种的混合溶液。

4.如权利1要求所述的利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法，其特征在于所述的碱液B，为NaOH，KOH，Na₂CO₃，K₂CO₃，NaHCO₃，KHCO₃，NaAlO₂，庚酸钠，柠檬酸钠，酒石酸钠，葡萄糖酸钠，聚丙烯酰胺，甲壳素等的溶液。

5.如权利1要求所述的利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法，其特征在于所述的溶液A的初始浓度为10^-6～10mol/l，溶液B的浓度为10^-6～10mol/l。

6.如权利1要求所述的利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法的专用设备，其特征在于所述的设备包括：

一、内置超声设备(见图1)：碱液罐1的出口通过管线与流量计2、计量泵3的入口相连接；计量泵3的出口与碱液出口4相连；碱液出口4浸没于反应罐5内的溶液A中，并靠近超声波发生仪7的超声探头8，超声探头8插入反应罐5内的溶液A中。反应罐5内的溶液由搅拌装置6搅拌。

二、外置超声设备(见图2)：碱液罐1的出口通过管线与流量计2、计量泵3的入口相连接；计量泵3的出口与碱液出口4相连；碱液出口4浸没于反应罐5内的溶液A中。反应罐5置于超声波发生仪7的超声水槽9的水浴中；反应罐5内的溶液A并靠近超声波发生仪7的超声探头8，超声探头8插入反应罐5内的溶液A中。反应罐5内的溶液由搅拌装置6搅拌。

7.如权利要求6所述的利用超声波合成无机高分子絮凝剂的设备，其特征在于所述的超声波发生仪为探头式或水槽式。

8.如权利要求6与7所述的利用超声波合成无机高分子絮凝剂的设备，其特征在于超声波发生仪的探头靠近碱液B的加入点。

9.如权利要求1与6所述的利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法与设备，其特征在于所述碱液B加入到溶液A时的液滴尺度为10^-6nm～1μm。

10.如权利要求1与6所述的利用超声波合成无机高分子絮凝剂的方法与设备，其特征在于所述的搅拌装置6，包括湍流促进器和/或静态混合器；搅拌装置6应该可以促进反应罐5内混合溶液的湍流混合，特别是作用于反应罐5罐底生成的沉淀物。