專利名稱：聚合硅酸鋁鐵絮凝劑的制備方法
技術領域：
一種聚合硅酸鋁鐵絮凝劑的制備方法，屬于無機高分子絮凝劑領域。
背景技術：
絮凝過程是現(xiàn)代城市給水和工業(yè)廢水處理工藝中的關鍵環(huán)節(jié)之一，它既可以除去原水的濁度和色度等感官指標，又可以去除各種有毒有害污染物。
目前，無機高分子絮凝劑的制備方法有如下幾種1.聚合硫酸鋁鐵(PAFS)，它是以硫酸亞鐵為原料，硝酸鋁為催化劑，在酸性條件下反應而制得。該種方法的缺點在于聚合硫酸鋁鐵在混凝過程中沉降速度慢，且對投加量和pH值的控制要求嚴格。2.聚合氯化鋁鐵(PAFC)，它是將煤矸石、鐵礦石、電爐灰等礦石粉碎焙燒并用鹽酸處理，經(jīng)調(diào)整溶液中Fe和Al的摩爾比后在一定溫度下加入堿或Ca(OH)2促進聚合。該種方法制得的產(chǎn)品在pH值較高時，COD和濁度去除率較低。3.聚合硫酸氯化鋁鐵(PAFCS)，它是將鋁土礦、活性硅酸鈣等經(jīng)焙燒后，用硫酸和鹽酸混合物進行處理，調(diào)整鋁鐵比，添加堿聚合使溶液發(fā)生連續(xù)聚合反應而制得。該種方法所得產(chǎn)品其混凝效果受堿化度的影響較大，而且在強堿性環(huán)境中的沉降速度很慢，SS去除效果相對較差。4.硅酸鹽金屬類高分子絮凝劑，目前，國內(nèi)外研制開發(fā)該種絮凝劑有兩類一類是將聚合鋁、鐵引入聚硅酸中制得的聚硅鋁鐵絮凝劑；另一類是將聚硅酸引入聚合鋁、鐵中制得的聚合硅酸鋁鐵絮凝劑。
欒兆坤等人的論文“聚鋁鐵硅絮凝劑的合成方法及其混凝效能”《環(huán)境化學》(1997.11，第16卷第6期)公開了一種聚鋁鐵硅絮凝劑的制備方法，它以NaOH堿化聚合制備不同Al/Fe比的聚合鋁鐵或以NaOH與Na2SiO3復合堿化制備不同Al/Fe比的聚合鋁鐵，制備過程中將AlCl3和FeCl3溶液同時加入混合均勻反應合成。其雖然在某些方面彌補了聚鋁和聚鐵在凈化效果上的不足，但由于在反應過程中采取同時加入所有原料的合成方法及其所用原料比例等問題，導致合成制備的絮凝劑電中和能力降低，絮凝效能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種聚合硅酸鋁鐵絮凝劑的制備方法，在采用稀酸活化并嚴格控制pH值的同時，對原料的加入順序和反應量也進行了控制。其有益效果在于在獲得相同凈化效果的前提下，該種絮凝劑的用量較其他絮凝劑的用量要少，從而降低了成本，減輕了對環(huán)境造成的負荷，促進了環(huán)境友好；且操作簡便、對設備要求低。
本發(fā)明采用的技術方案是將硅酸鈉配制成聚合硅酸鈉溶液后，加入硫酸使其pH值降至10～11，活化15～20min；在50℃左右的恒溫條件下，按Si、Fe、Al摩爾比為0.3∶1∶2或0.3∶1∶1.5投入鐵鹽、鋁鹽，充分攪拌1.5～2.0h，發(fā)生縮聚反應。對鋁鹽和鐵鹽加入順序的要求是在鋁鹽完全加入后，再加入鐵鹽；制得聚合硅酸鋁鐵溶液靜置4h以上，進行熟化。室溫下避光保存可延長其使用壽命。
制備方法中硫酸加入量的不同，不但影響聚合硅酸鈉的活化效果，而且對于絮凝劑的絮凝效果也將產(chǎn)生影響。基于廣泛被采用的理論聚十三鋁[Al12AlO4(OH)247+，Al13]是聚合鋁中的最佳凝聚絮凝成分，其含量可以反映制品的有效性，并且Al13的生成需要有Al(OH)4-作為前驅(qū)物，作為前驅(qū)物的Al(OH)4-據(jù)認為是在聚合鋁的制備過程中堿的加入點生成的。再加入的強堿與酸性鋁酸液的界面上將有局部較高pH值出現(xiàn)，有可能產(chǎn)生Al(OH)4-，并隨后生成聚十三鋁。因此，本發(fā)明在聚合硅酸鋁鐵溶液的制備中對于Fe、Al的加入順序進行了嚴格的控制，從而達到了更好的絮凝效果。
此外，制備過程中pH值的調(diào)節(jié)對于絮凝效果將產(chǎn)生顯著的影響。因為pH值過低不利于鋁十三前驅(qū)物的生成，從而降低絮凝能力。而pH值過高則在制備過程中便容易產(chǎn)生混濁出現(xiàn)自絮凝現(xiàn)象。因此pH值的調(diào)節(jié)是制備聚合硅酸鋁鐵溶液的關鍵之一。
采用該種制備方法對設備要求很低，制造成本低；所得產(chǎn)品性能穩(wěn)定，對被凈化溶液pH值的適用范圍寬，用量少而且有效期得到了延長。
具體實施例方式
下面給出本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
實施例1制備聚合硅酸鋁鐵絮凝劑稱取硅酸鈉(Na2SiO3·9H2O)2.00克，放入500ml的燒杯中，加入200ml蒸餾水溶解，將硅酸鈉溶液放入恒溫水浴鍋內(nèi)，溫度設定在50℃，快速攪拌15min，得到無色透明溶液，測其pH值為12.13，加入少量稀硫酸活化，pH值變?yōu)?1.42，繼續(xù)攪拌10min，即得聚合硅酸鈉。分別稱取氯化鋁(AlCl3·6H2O)11.20克、硫酸鐵[Fe2(SO4)3]4.66克。不斷攪拌的情況下，在上述溶液中逐漸加入氯化鋁，開始時會出現(xiàn)白色渾濁，隨著攪拌時間的加長溶液開始變澄清，測其pH值為2.68。氯化鋁完全加入后開始逐漸加入硫酸鐵，此時溶液顏色開始逐漸加深，并伴有桔黃色渾濁，而后顏色又進一步加深并且溶液逐漸變澄清，最終變?yōu)榧t棕色透明溶液。整個反應時間為1.5～2.0h。停止攪拌后放置4h以上進行熟化，室溫下避光保存。
實施例2制備聚合硅酸鋁鐵絮凝劑稱取硅酸鈉(Na2SiO3·9H2O)2.00克，放入500ml的燒杯中，加入200ml蒸餾水溶解，將硅酸鈉溶液放入恒溫水浴鍋內(nèi)，溫度設定在50℃，快速攪拌15min，得到無色透明溶液，測其pH值為12.13，加入少量稀硫酸活化，pH值變?yōu)?1.42，繼續(xù)攪拌10min，即得聚合硅酸鈉。分別稱取氯化鋁(AlCl3·6H2O)8.45克、硫酸鐵[Fe2(SO4)3]4.66克。不斷攪拌的情況下，在上述溶液中逐漸加入氯化鋁，開始時會出現(xiàn)白色混濁，隨著攪拌時間的加長溶液開始變澄清，測其pH值為2.68。氯化鋁完全加入后開始逐漸加入硫酸鐵，此時溶液顏色開始逐漸加深，并伴有桔黃色混濁，而后顏色又進一步加深并且溶液逐漸變澄清，最終變?yōu)榧t棕色透明溶液。整個反應時間為1.5～2.0h。停止攪拌后放置4h以上進行熟化，室溫下避光保存。
實施例3制備聚合硅酸鋁鐵絮凝劑稱取硅酸鈉(Na2SiO3·9H2O)2.00克，放入500ml的燒杯中，加入200ml蒸餾水溶解，將硅酸鈉溶液放入恒溫水浴鍋內(nèi)，溫度設定在50℃，快速攪拌15min，得到無色透明溶液，測其pH值為12.13，加入少量稀硫酸活化，pH值變?yōu)?0.17，繼續(xù)攪拌10min，即得聚合硅酸鈉。分別稱取氯化鋁(AlCl3·6H2O)11.20克、硫酸鐵[Fe2(SO4)3]4.66克。不斷攪拌的情況下，在上述溶液中逐漸加入氯化鋁，開始時會出現(xiàn)白色混濁，隨著攪拌時間的加長溶液開始變澄清，測其pH值為2.68。氯化鋁完全加入后開始逐漸加入硫酸鐵，此時溶液顏色開始逐漸加深，并伴有桔黃色混濁，而后顏色又進一步加深并且溶液逐漸變澄清，最終變?yōu)榧t棕色透明溶液。整個反應時間為1.5～2.0h。停止攪拌后放置4h以上進行熟化，室溫下避光保存。
本發(fā)明提供的制備方法綜合了聚鋁和聚鐵各自的優(yōu)點，它不僅克服了僅用鋁鹽絮凝劑時殘余鋁濃度過高，以及僅用鐵鹽絮凝劑時脫穩(wěn)性差的缺點，而且克服了以往聚合鋁鐵絮凝劑不穩(wěn)定、使用壽命短的缺點，具有投放劑量少、凈化效率高、使用壽命長、原料來源廣泛的優(yōu)點，是一種經(jīng)濟、高效且穩(wěn)定的廢水處理劑，具有很高的實用價值。
權利要求
1.一種聚合硅酸鋁鐵絮凝劑的制備方法，是使聚合硅酸鈉與鐵離子和鋁離子發(fā)生縮聚反應；其特征在于向聚合硅酸鈉溶液中加入稀硫酸使其活化15～20min，且當pH值降至10～11時停止加入硫酸；Si、Fe、Al摩爾比要按0.3∶1∶2或0.3∶1∶1.5的配比進行反應；對鋁鹽和鐵鹽加入順序的要求是在鋁鹽加入完全后，再加入鐵鹽；反應后的溶液要放置4h以上進行熟化，室溫避光保存。
全文摘要
一種聚合硅酸鋁鐵絮凝劑的制備方法，其產(chǎn)品兼容鋁系絮凝劑和鐵系絮凝劑的優(yōu)點，成為一種高效、經(jīng)濟、穩(wěn)定的廢水處理劑。本制備方法的特征在于向聚合硅酸鈉溶液中加稀硫酸活化并調(diào)節(jié)其pH值；在一定溫度下，按一定的化學計量比和順序要求加入可溶性鋁鹽和鐵鹽，并快速攪拌，反應一段時間后，室溫下避光靜置熟化，即制得聚合硅酸鋁鐵溶液。本發(fā)明工藝簡單、反應條件要求低，而且制得的產(chǎn)品具有高效、穩(wěn)定且使用壽命長的優(yōu)點，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C02F1/52GK1907878SQ20061001039
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月10日 優(yōu)先權日2006年8月10日
發(fā)明者李峻青, 劉海燕 申請人:哈爾濱工程大學