用铝酸钙粉制备聚合氯化铝铁絮凝剂的研究_胡弘鲲

2002年2月第39卷第1期四川大学学报(自然科学版)

JournalofSichuanUniversity(NaturalScienceEdition)Feb.2002Vol.39 No.1

文章编号:0490 6756(2002)01 0088 04

用铝酸钙粉制备聚合氯化铝铁絮凝剂的研究

胡弘鲲,刘永春,谢家理,张 强

(四川大学化学学院,成都610064)

*

摘要:以一种新的原料 铝酸钙和盐酸反应制备聚合氯化铝铁,找出了最佳制备条件,并对其性能进行了考察.结果表明,碱基度、pH值对PAFC的絮凝性能有较大影响.当碱基度为

75%左右,水样的pH值为7~9时,该产品的絮凝性能最佳.关键词:无机高分子絮凝剂;聚合氯化铝铁;废水处理中图分类号:O661.4 文献标识码:A

无机高分子絮凝剂是1960年后发展起来的新型絮凝剂,与传统的絮凝剂相比,它具有效率高、用量少、处理成本低等优点,因而目前在世界范围内广泛应用于给水,工业废水和生活废水的处理中,逐渐成为主流絮凝剂.

聚合氯化铝铁(简称PAFC)作为无机高分子絮凝剂的一种,兼具了铝盐和铁盐两种絮凝剂的特点,具有比单独的铝盐或铁盐絮凝剂更优良的净水性能.目前,国内也有学者在开展关于PAFC的研究,主要是以煤矸石和矾浆等工业废料为原料采取酸溶法制得产品,但该原料受区域性的限制较大,故而制约了PAFC的大规模生产和应用.基于此,我们采用了一种新原料 铝酸钙粉来制备PAFC,并对其性能进行了研究,考察了其对几种不同废水的处理效果,得到了令人满意的结果.1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

1.1.1 主要试剂 铝酸钙粉(Al2O3含量32.9%),HCl(AR),FeCl3 6H2O(AR),NaClO(AR)

1.1.2 主要仪器 GS12 2电子恒速搅拌器(上海医疗专机厂);pHS 3C型精密pH计(上海雷磁仪器厂);752紫外光栅分光光度计(上海第三分析仪器厂);实验综合控制仪(国营新光仪器厂).1.2 PAFC的制备

将一定配比的原料FeCl3 6H2O和1 1的盐酸混合在50mL烧杯中,然后将烧杯置于100 左右的水浴锅上搅拌反应2h.反应开始时,加入一定量的NaClO溶液以氧化反应液中的Fe2+,反应过程中,适量加入少许去离子水,以控制反应液的体积.反应完成后,将产品静置一段时间,然后倾出上层液体,弃掉下层的不溶物.所得产品在熟化24h后,测定产品的Al2O3含量,Fe2O3含量和碱基度[3].1.3 絮凝实验方法

用粘土配制一定量的悬浊液,任其静置48h,然后取上层浊液倒入2000mL的容量瓶得到模拟水样.取模拟水样50mL到500mL烧杯中,加去离子水稀释到500mL,然后加入一定量的絮凝剂,在转速为120r/min下搅拌1min,在60r/min下搅拌7min,然后静置沉降10min,在液面下3cm处取液用分光光度法在680nm处测定浊度.

1.4 各水质指标的测定方法

浊度:分光光度法;色度:稀释倍数法;化学需氧量(COD):重铬酸钾法.

收稿日期:2001 06 12

作者简介:胡弘鲲(1977-),男,99级硕士研究生.*通讯联系人

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第1期胡弘鲲等 用铝酸钙粉制备聚合氯化铝铁絮凝剂的研究89

2 结果与讨论

2.1 最佳原料配比的选择

在一般的工业生产中,为了提高产品的碱基度,通常都是在反应体系中加入石灰来调整pH值.而我们采用的原料本身带有一定的碱性,故而只要控制好反应初期酸的投加量后,就能得到理想的产品,不需额外调整碱基度.

固定FeCl3 6H2O的投加量为0.5g,反应时间为2h,不同的原料与1 1盐酸配比条件下制得的PAFC见表1.

表1 不同配比条件下制得的PAFC

产品编号

原料与盐酸配比(g mL)Al2O3含量(%)Fe2O3含量(%)碱基度(%)

A5 169.200.81487.7

B6 169.500.82399.2

C5 178.470.74276.8

D5.5 1710.60.82274.0

E6 179.951.1075.3

F6.5 1712.11.2574.0

G7 1711.31.4593.7

实验过程中发现,A,B,G等几个产品最后都出现了明显的沉淀,变成了糊状物.而C,D,E,F这几个样品却没有这个现象,而且长时间放置后产品仍然稳定,从产品的碱基度这一指标中可看出,A,B,G这几个产品的碱基度都接近100%,而其他几个产品的却在75%左右.由此可见,制备时如盐酸的量相对于原料来说过少,Al3+和Fe3+的水解反应就进行得较为彻底,故而会出现氢氧化物沉淀;盐酸的量相对合适时,水解反应就不会进行完全,Al3+和Fe3+就会形成稳定的水解中间态产物,故我们选择的最佳配比是6g原料与17mL的1 1盐酸混合.

2.2 PAFC中Fe含量对产品絮凝性能的影响

按最佳配比条件,取一定量的FeCl3 6H2O加入反应体系,反应2h,制得一系列不同Fe含量的PAFC,进行絮凝实验,投加量为10mg/L(按Al,Fe有效成分计,以后均按此计算),pH7.35时,实验结果见图1.

由图1可知,加入FeCl3 6H2O对产品的絮凝性能有明显的提升.Fe加入后,Al

3+

3+

和Fe

3+

在水解过程

中会通过羟基桥联形成多核多羟基络合物,这种多核多羟基络合物比单由Al3+水解形成的羟基络合物具有更强的电中和能力,故而产品的絮凝能力有所提高.但是,Fe3+的含量的增加并不能无限的提高产品的絮凝能力,当投加量在380mg以上是,产品的絮凝能力差别甚微.另外,在实验过程中还发现,当FeCl3 6H2O的投加量超过560mg时,产品上层会有一层深褐色的液体,这很明显是含有大量的Fe3+,说明Fe3+含量过多时,有一部分Fe并不能与Al通过羟基共聚.因此,基于上述原因,我们确定最佳配比为在6g原料中投加380mgFeCl3 6H2O,然后与17mL1 1盐酸混合进行制备.2.3 反应时间对絮凝性能的影响

按上述最佳配比条件,不同的反应时间制得一系列产品.进行絮凝实验,投加量为10mg/L,pH7.50时.其实验结果见图2.

由图2可知,反应时间在120~150min内产品的絮凝性能最佳.反应时间为60min,90min,120min和150min的4个产品的碱基度依次是24.8%,44.2%,75.2%,78.7%,由此可见,碱基度随反应时间的增加而增加,而絮凝性能随碱基度的升高而升高.碱基度越高,说明化合物中的羟基比例越高.Al和Fe水解共聚形成的聚合物聚合度就越高,其有效成分的电中和能力和粘结架桥能力就越强,故而絮凝性能就越好.但是,如前所述,碱基度又不宜过高,否则就会使聚合物中的羟基趋于饱和,生成难溶的氢氧化物胶粒,产品难以稳定存在.因此,我们选择反应时间为2h.2.4 pH值对PAFC絮凝性能的影响

,3+

3+

3+

3+

度.结果见图3.由图可知,在pH4~5时,絮凝剂根本没有絮凝效果,水样的浊度甚至还略有上升.从pH6开始,随着pH的升高,絮凝效果也提高.在pH8处,絮凝效果最佳,当pH值继续升高后,絮凝效果则有所下降.我们还可以看到PAFC在pH7~9时都能较好的发挥其絮凝性能,这说明其对废水有较广的适应范围

.

图1 Fe3+含量对PAFC絮凝性能的影响

图2 反应时间对絮凝性能的影响

2.5 絮凝剂投加量对絮凝效果的影响

固定pH为8,分别在三个不同浊度值的原水样中,将前述产品按不同投加量做絮凝实验,结果见图4.由图4可知,尽管原水样的浊度不同,但当投加量大于4mg/L时,絮凝效果都明显提高,当投加量在8~12mg/L之间时,絮凝效果最好,超过该值后,絮凝效果提高就不大了

.

图3 pH值对絮凝性能的影响 图4 絮凝剂加量对絮凝性能的影响

2.6 PAFC的应用实例

我们分别取了成都某厂的印染废水和府南河上某排污口的生活废水来进行絮凝处理,以考察PAFC的絮凝效果.废水水质和处理结果见下.

表2 废水水质

项 目COD(mg/L)浊度(度)色度(倍)

印染废水556.8289.978

生活废 …… 此处隐藏：3417字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……