专利名称：废水处理用聚硅硫酸铁型复合净水剂及制法的制作方法
技术领域：
本发明属于净水剂，主要是用于城市污水处理的高分子净水剂及制法。
背景技术：
在城市污水和工业废水处理中，常用聚合氯化铝和聚硫酸铁，铝盐混凝剂使用会给环境带来二次污染。使用聚合硫酸铁进行混凝净化处理，不仅避免了二次污染，而且还具有混凝能力强，矾花大，沉降会，pH值使用范围广的特点。
聚合硫酸铁(PFS)是一种性能较好的水处理剂，混凝速度快，但是处理后的水的色度值较高，液体PFS若长期放置，会有黄色沉淀产生，具有不稳定性。这种不稳定性随着产品盐基度的增大而增大。为提高稳定性，可降低其盐基度及硫酸根的浓度。另外在制备过程中，添加一定量的草酸、WDJ、六偏磷酸、十二烷基苯磺酸、油酸可改善体系的稳定性。
鉴于单一的聚合硫酸铁存在聚合度不高，对聚铁盐进行复合改性成为新近研究的热点。一方面可通过在合成过程中加入某种添加剂使其插入聚合铁的分子网络中或与之形成配合物。另一方面通过在铁盐体系中引入阳离子或阴离子，对聚合铁盐絮凝剂进行复合改性。一般可预先分别羟基化聚合后加以混合，也可先混合再加以羟基化聚合，通过复合改性可以提高絮凝剂的聚合度并通过协同作用，弥补单一铁盐絮凝剂某些性能的不足。
在制备聚合硫酸铁的过程中引入硅酸根离子可制得复合型净水剂聚硅硫酸铁(PFSS)，研究表明PFSS具有比PFS更好的混凝效果，形成絮凝体速度快，絮凝体颗粒大易于沉降分离。在硫酸铁聚合时中加入一定量的硅酸，聚合后形成一种复合净水剂，一方面可以提高混凝效果，另一方面可以减少用聚合硫酸铁处理后水的色度。目前人们正在进行这方面的研究，可望将这类净水剂推广和应用。PFSS产品的组成包括如下Si/Fe摩尔比2∶10铁Si的总摩尔浓度≥3.0mol/L
Fe含量8-16％Si含量0.8-1.6％稳定剂1-1.5％Fe3+∶H2SO4＝1∶0.4PFSS的pH值1.5-2.0对产品性能的影响因素1、pH值对产品性能的影响pH值对PFSS产品性能的影响比较显著，由于复合净水剂是由铁盐和硅酸复配而成，pH值增大，其水解程度增大，但是稳定性降低，很容易生成沉淀，产物变得粘稠。在实验中发现，当pH超过2.0时，产品不稳定，容易产生沉淀，很难进行混凝实验，从文献中可知，当pH太低时，得到的就不是聚合产物。因而产品的pH值范围控制在1.5-2.0之间。
2、Si/Fe摩尔比的影响Si/Fe比不仅对产品的絮凝效果影响大，而且对产品的稳定性影响也很大，下表为不同Si/Fe比对产品稳定性的影响。
表3-1硅铁摩尔比与聚硅硫酸铁产品析出黄色沉淀量的关系n(Si)/n(Fe) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0沉淀量没有没有 没有 微量少量可见n(Si)/n(Fe)≤0.6时，聚硅硫酸铁没有黄色沉淀析出，在这种配料下制得的产品具有较理想的稳定性。实验发现在相同条件下制备的PFSS产品由于n(Si)/n(Fe)比不同，产品的外观颜色也各不相同，所得的结果如下表。
表3-2不同Si/Fe比的PFSS产品外观颜色n(Si)/n(Fe) 0.2 0.4 0.6 0.81.0外观颜色 深红褐色 红褐色 浅红褐色 橙色 橙黄色在n(Si)/n(Fe)较小时，随着n(Si)/n(Fe)增加，混凝效果慢慢增加，当n(Si)/n(Fe)达到0.6后，随着n(Si)/n(Fe)比增加，混凝效果迅速下降，可见n(Si)/n(Fe)在0.6左右，PFSS处理城市生活废水的混凝性能比较理想，但同时考虑到净水剂的稳定性，选用n(Si)/n(Fe)＝0.2/1的配比。PFSS这类复合型净水剂，可能不能只用电中和能力大小来解释混凝效果，应视为铁离子，聚硅酸以及铁水解产物对城市生活废水中悬浊胶体颗粒电中和，吸附架桥和黏附卷扫，综合作用的结果。
3、稳定剂对PFSS制备的影响由于直接制备的PFSS存放时间长时会有沉淀产生，影响产品的质量，故考虑添加一些稳定剂，根据文献报道，稳定剂主要有WDJ(磷酸)、Na3PO4、酒石酸、草酸等，根据我们的实验发现WDJ的效果比较好，因而在合成过程中添加适量的WDJ作为稳定剂，而且WDJ还有加强PFSS的聚合度和改变溶液pH值、提高混凝效果等作用。。。。
除WDJ外，选用其它无机或有机助聚剂稳定剂如烧碱，磷酸盐，酒石酸盐，草酸，六偏磷酸进行实验，考察它们对聚硅硫酸铁稳定性的影响，结果表明使用复合助聚稳定剂，可获得红褐色浓度和稳定性都比较高的PFSS产品。
4、反应温度的影响反应温度对聚硅硫酸铁的混凝性能影响不大，只要在40℃-80℃之间都可以制备较理想的聚硅硫酸铁。然而反应温度低时，硫酸亚铁的溶解速度慢，影响总的反应速度，虽然制得的产品稳定性好，但是它们的混凝性能要稍微差一些。反应温度过高时，在制备过程中溶液水分蒸发太快，使聚硅硫酸铁溶液浓度迅速增高，很可能聚硅硫酸铁就会凝聚，从而影响它的混凝性能。并且反应温度高时，获得的聚硅硫酸铁产品稳定性较差，放置过程中析出的沉淀量多一些，从而降低有效铁的含量。综合考虑混凝效果和稳定性，我们选定了最佳反应温度。
本发明所述的聚硅硫酸铁(PFSS)的制备方法，包括溶解，氧化和熟化过程，液将Na2SiO3.9H2O溶于水中，加入浓硫酸，得到半成品(I)，将FeSO4.7H2O和浓硫酸溶于水中，加热溶解，得到半成品(II)，把(I)，(II)混合后，再加入磷酸，常温下加入过氧化氢和稳定剂进行氧化反应，最后在70摄氏度下熟化2小时，得到PFSS液体，经干燥后得到固体产品。
实施例把40.8克Na2SiO3·9H2O溶解于100mL水中，在搅拌下加入12mL浓硫酸得到半透明的硅酸半成品(I)，另在100毫升水中加入200克FeSO4.7H2O和4mL浓硫酸，加热使FeSO4完全溶解，得到半成品(II)，将上述(I)和(II)混合后加入2mLH3PO4，在搅拌下常温加入加入30％的过氧化氢100ml和磷酸稳定剂进行氧化，过氧化氢的加入速度为4小时加完100ml为限，反应后，在70摄氏度熟化2小时，得到红褐色的液体聚硅硫酸铁产品，在经干燥后可得固体产品。
权利要求
1，一种废水处理用聚硅硫酸铁复合净水剂，是在聚合硫酸铁中引入硅酸根离子，其特征在于该净水剂的组成包括Si/Fe摩尔比2∶10铁Si的总摩尔浓度≥3.0mol/LFe含量8-16％Si含量0.8-1.6％稳定剂1-1.5％Fe3+∶H2SO4＝1∶0.4PFSS的pH值1.5-2.0
2，制造权利要求1中所述的废水处理用聚硅硫酸铁复合净水剂的方法，包括溶解、氧化、和聚合过程，其特征在于将FeSO.7H2Ohe和Na2SiO3.9H2O原料分别溶解于含有浓H2SO4的水中，得到半成品(I)和(II)，然后将半成品(I)和(II)混合后，加入H3PO4，常温下加入氧化剂进行氧化反应，最后在70摄氏度，熟化2小时，得到聚硅硫酸铁液体产品，再经干燥可得聚硅硫酸铁固体产品。
3，根据权利要求2中所述的制造废水处理用聚硅硫酸铁复合净水剂的方法，其特征在于所述的氧化剂为30％过氧化氢溶液。
4，根据权利要求2中所述的制造废水处理用聚硅硫酸铁复合净水剂的方法，其特征在于所述的FeSO4.7H2O和Na2SiO3.9H2O原料按照Si/Fe摩尔比2∶10投入。
全文摘要
本发明属于废水处理用净水剂，主要是复合聚硅硫酸铁型净水剂及制法。目前处理城市和工业废水的净水剂，多用聚硅硫酸铁产品，但由于混凝不好，达不到理想净化效果，单一的聚合硫酸铁聚合度不高，本发明以聚硅硫酸铁为净水剂基本组成，该净水剂制备工艺简单，成本低，便于操作，该净水剂对废水处理时，不仅可避免二次污染，而且具有脱色效果好，矾花大，沉降快，pH值适用范围广的特点，预计市场前景较好。
文档编号C02F1/52GK1504418SQ02152128
公开日2004年6月16日 申请日期2002年12月4日 优先权日2002年12月4日
发明者王良焱, 石西昌, 李新军, 黄琮, 郑少健 申请人:中国科学院广州能源研究所