新型硅基金属盐复合絮凝剂的合成及应用研究

【摘要】：本课题是属于环境功能材料领域中新型无机高分子复合絮凝剂的研究。通过较全面的分析絮凝剂国内外研究发展情况,我们考虑在制备聚硅酸、聚硅酸铁絮凝剂的基础上制备尚未见报道的新型无机高分子聚硅酸铁硼锌复合絮凝剂(PSFZB)。 在研究制备特性聚硅酸工艺和技术条件,及聚硅酸铁复合和共聚合制备工艺基础上,经过试验对比和筛选,引入硫酸锌和四硼酸钠,制备了PSFZB絮凝剂。同时研究了硅酸钠溶液浓度、硅酸聚合时间、Fe/Si等因素对絮凝效果的影响,通过正交试验确定最佳制备工艺条件:合成温度20～30℃,聚硅酸聚合时间为50min,C_(Si)=0.5mol/L,Si/Fe=1:0.5,Si/Zn=1:4,B/Si=0.8,熟化反应时间24小时。 对PSFZB絮凝剂的絮凝性能研究表明:(1)该产品稳定性好,自然状态下存放3个月形态及性能几乎没有变化;(2)PSFZB复合絮凝剂的投药量相对PAC和PFC较少,PAC、PFC投加量为80mg/L时,浊度最小约为5度左右,而PSFZB的最低浊度仅为2度,且投药量只需60mg/L;(3)絮凝效果几乎不受pH值的影响,在弱酸性、中性和碱性(pH为4—10)下具有良好的絮凝效果;(4)PSFZB絮凝剂所形成的絮体粗大而且密实,沉降速度较快,较PAC和PFC絮凝剂的絮体沉降速度快3.32倍和1.98倍;(5)该絮凝剂对温度的变化不敏感,具有较好的低温除浊性能。 对PSFZB复合絮凝剂絮凝机理和结构进行了研究。X射线衍射图谱分析表明,该絮凝剂并非简单的共混物,而是B、Fe~(3+)、Zn~(2+)与聚硅酸共同形成了无定形聚合物。透射电子显微镜分析表明不同组份对絮凝剂的结构具有较大的影响,发现铁与硅易形成链状,树枝状结构,而锌,硼具有生成网状结构的能力。PSFZB絮凝剂的结构不同于一般的无机高分子絮凝剂,其特殊的网状结构决定了絮凝剂优异的絮凝性能和稳定性。对絮凝机理研究表明,其优良的絮凝效果是由电性中和、吸附架桥和网捕卷扫协同作用的结果。 为了考察该产品的实际废水处理能力,采用PSFZB复合絮凝剂对生活污水、造纸废水、印染废水、含重金属废水进行处理。在最佳处理条件下:对于生活污水,造纸废水能很好的去除COD,COD去除率最高达到95.7%。对染料废水的色度去除效果较好,色度去除率达到91.2%。对重金属六价铬的去除率可以达到66.9%,比较PAC和PFC六价铬的去除率22.1%和37.8%,提高了很多。实践证明PSFZB复合絮凝剂处理效果要好于传统的无机高分子絮凝剂PAC和PFC,是一种高效低耗的新型无机高分子絮凝剂。