专利名称：聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法
技术领域：
一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，属于无机高分子絮凝剂领域。
背景技术：
絮凝过程是现代城市给水和工业废水处理工艺中的关键环节之一，它既可以除去原水的浊度和色度等感官指标，又可以去除各种有毒有害污染物。
目前，无机高分子絮凝剂的制备方法有如下几种1.聚合硫酸铝铁(PAFS)，它是以硫酸亚铁为原料，硝酸铝为催化剂，在酸性条件下反应而制得。该种方法的缺点在于聚合硫酸铝铁在混凝过程中沉降速度慢，且对投加量和pH值的控制要求严格。2.聚合氯化铝铁(PAFC)，它是将煤矸石、铁矿石、电炉灰等矿石粉碎焙烧并用盐酸处理，经调整溶液中Fe和Al的摩尔比后在一定温度下加入碱或Ca(OH)2促进聚合。该种方法制得的产品在pH值较高时，COD和浊度去除率较低。3.聚合硫酸氯化铝铁(PAFCS)，它是将铝土矿、活性硅酸钙等经焙烧后，用硫酸和盐酸混合物进行处理，调整铝铁比，添加碱聚合使溶液发生连续聚合反应而制得。该种方法所得产品其混凝效果受碱化度的影响较大，而且在强碱性环境中的沉降速度很慢，SS去除效果相对较差。4.硅酸盐金属类高分子絮凝剂，目前，国内外研制开发该种絮凝剂有两类一类是将聚合铝、铁引入聚硅酸中制得的聚硅铝铁絮凝剂；另一类是将聚硅酸引入聚合铝、铁中制得的聚合硅酸铝铁絮凝剂。
栾兆坤等人的论文“聚铝铁硅絮凝剂的合成方法及其混凝效能”《环境化学》(1997.11，第16卷第6期)公开了一种聚铝铁硅絮凝剂的制备方法，它以NaOH碱化聚合制备不同Al/Fe比的聚合铝铁或以NaOH与Na2SiO3复合碱化制备不同Al/Fe比的聚合铝铁，制备过程中将AlCl3和FeCl3溶液同时加入混合均匀反应合成。其虽然在某些方面弥补了聚铝和聚铁在净化效果上的不足，但由于在反应过程中采取同时加入所有原料的合成方法及其所用原料比例等问题，导致合成制备的絮凝剂电中和能力降低，絮凝效能下降。
发明内容
本发明的目的是公开一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，在采用稀酸活化并严格控制pH值的同时，对原料的加入顺序和反应量也进行了控制。其有益效果在于在获得相同净化效果的前提下，该种絮凝剂的用量较其他絮凝剂的用量要少，从而降低了成本，减轻了对环境造成的负荷，促进了环境友好；且操作简便、对设备要求低。
本发明采用的技术方案是将硅酸钠配制成聚合硅酸钠溶液后，加入硫酸使其pH值降至10～11，活化15～20min；在50℃左右的恒温条件下，按Si、Fe、Al摩尔比为0.3∶1∶2或0.3∶1∶1.5投入铁盐、铝盐，充分搅拌1.5～2.0h，发生缩聚反应。对铝盐和铁盐加入顺序的要求是在铝盐完全加入后，再加入铁盐；制得聚合硅酸铝铁溶液静置4h以上，进行熟化。室温下避光保存可延长其使用寿命。
制备方法中硫酸加入量的不同，不但影响聚合硅酸钠的活化效果，而且对于絮凝剂的絮凝效果也将产生影响。基于广泛被采用的理论聚十三铝[Al12AlO4(OH)247+，Al13]是聚合铝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-作为前驱物，作为前驱物的Al(OH)4-据认为是在聚合铝的制备过程中碱的加入点生成的。再加入的强碱与酸性铝酸液的界面上将有局部较高pH值出现，有可能产生Al(OH)4-，并随后生成聚十三铝。因此，本发明在聚合硅酸铝铁溶液的制备中对于Fe、Al的加入顺序进行了严格的控制，从而达到了更好的絮凝效果。
此外，制备过程中pH值的调节对于絮凝效果将产生显著的影响。因为pH值过低不利于铝十三前驱物的生成，从而降低絮凝能力。而pH值过高则在制备过程中便容易产生混浊出现自絮凝现象。因此pH值的调节是制备聚合硅酸铝铁溶液的关键之一。
采用该种制备方法对设备要求很低，制造成本低；所得产品性能稳定，对被净化溶液pH值的适用范围宽，用量少而且有效期得到了延长。
具体实施例方式
下面给出本发明的优选实施方式。
实施例1制备聚合硅酸铝铁絮凝剂称取硅酸钠(Na2SiO3·9H2O)2.00克，放入500ml的烧杯中，加入200ml蒸馏水溶解，将硅酸钠溶液放入恒温水浴锅内，温度设定在50℃，快速搅拌15min，得到无色透明溶液，测其pH值为12.13，加入少量稀硫酸活化，pH值变为11.42，继续搅拌10min，即得聚合硅酸钠。分别称取氯化铝(AlCl3·6H2O)11.20克、硫酸铁[Fe2(SO4)3]4.66克。不断搅拌的情况下，在上述溶液中逐渐加入氯化铝，开始时会出现白色浑浊，随着搅拌时间的加长溶液开始变澄清，测其pH值为2.68。氯化铝完全加入后开始逐渐加入硫酸铁，此时溶液颜色开始逐渐加深，并伴有桔黄色浑浊，而后颜色又进一步加深并且溶液逐渐变澄清，最终变为红棕色透明溶液。整个反应时间为1.5～2.0h。停止搅拌后放置4h以上进行熟化，室温下避光保存。
实施例2制备聚合硅酸铝铁絮凝剂称取硅酸钠(Na2SiO3·9H2O)2.00克，放入500ml的烧杯中，加入200ml蒸馏水溶解，将硅酸钠溶液放入恒温水浴锅内，温度设定在50℃，快速搅拌15min，得到无色透明溶液，测其pH值为12.13，加入少量稀硫酸活化，pH值变为11.42，继续搅拌10min，即得聚合硅酸钠。分别称取氯化铝(AlCl3·6H2O)8.45克、硫酸铁[Fe2(SO4)3]4.66克。不断搅拌的情况下，在上述溶液中逐渐加入氯化铝，开始时会出现白色混浊，随着搅拌时间的加长溶液开始变澄清，测其pH值为2.68。氯化铝完全加入后开始逐渐加入硫酸铁，此时溶液颜色开始逐渐加深，并伴有桔黄色混浊，而后颜色又进一步加深并且溶液逐渐变澄清，最终变为红棕色透明溶液。整个反应时间为1.5～2.0h。停止搅拌后放置4h以上进行熟化，室温下避光保存。
实施例3制备聚合硅酸铝铁絮凝剂称取硅酸钠(Na2SiO3·9H2O)2.00克，放入500ml的烧杯中，加入200ml蒸馏水溶解，将硅酸钠溶液放入恒温水浴锅内，温度设定在50℃，快速搅拌15min，得到无色透明溶液，测其pH值为12.13，加入少量稀硫酸活化，pH值变为10.17，继续搅拌10min，即得聚合硅酸钠。分别称取氯化铝(AlCl3·6H2O)11.20克、硫酸铁[Fe2(SO4)3]4.66克。不断搅拌的情况下，在上述溶液中逐渐加入氯化铝，开始时会出现白色混浊，随着搅拌时间的加长溶液开始变澄清，测其pH值为2.68。氯化铝完全加入后开始逐渐加入硫酸铁，此时溶液颜色开始逐渐加深，并伴有桔黄色混浊，而后颜色又进一步加深并且溶液逐渐变澄清，最终变为红棕色透明溶液。整个反应时间为1.5～2.0h。停止搅拌后放置4h以上进行熟化，室温下避光保存。
本发明提供的制备方法综合了聚铝和聚铁各自的优点，它不仅克服了仅用铝盐絮凝剂时残余铝浓度过高，以及仅用铁盐絮凝剂时脱稳性差的缺点，而且克服了以往聚合铝铁絮凝剂不稳定、使用寿命短的缺点，具有投放剂量少、净化效率高、使用寿命长、原料来源广泛的优点，是一种经济、高效且稳定的废水处理剂，具有很高的实用价值。
权利要求
1.一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，是使聚合硅酸钠与铁离子和铝离子发生缩聚反应；其特征在于向聚合硅酸钠溶液中加入稀硫酸使其活化15～20min，且当pH值降至10～11时停止加入硫酸；Si、Fe、Al摩尔比要按0.3∶1∶2或0.3∶1∶1.5的配比进行反应；对铝盐和铁盐加入顺序的要求是在铝盐加入完全后，再加入铁盐；反应后的溶液要放置4h以上进行熟化，室温避光保存。
全文摘要
一种聚合硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，其产品兼容铝系絮凝剂和铁系絮凝剂的优点，成为一种高效、经济、稳定的废水处理剂。本制备方法的特征在于向聚合硅酸钠溶液中加稀硫酸活化并调节其pH值；在一定温度下，按一定的化学计量比和顺序要求加入可溶性铝盐和铁盐，并快速搅拌，反应一段时间后，室温下避光静置熟化，即制得聚合硅酸铝铁溶液。本发明工艺简单、反应条件要求低，而且制得的产品具有高效、稳定且使用寿命长的优点，适用于工业化生产。
文档编号C02F1/52GK1907878SQ20061001039
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月10日 优先权日2006年8月10日
发明者李峻青, 刘海燕 申请人:哈尔滨工程大学