聚硅酸鐵絮凝劑的制備及其應用研究

1、聚合硅酸鐵鹽是一類新型復合型鐵系絮凝劑,是在聚硅酸和鐵鹽絮凝劑的基礎上發(fā)展起來的復合產(chǎn)物,它同時具有電中和及吸附架橋兩種絮凝機理1。由于這類絮凝劑相比聚合鋁(PAS 、PAC 具有無毒、絮體顆粒沉降速度快、除濁、除油、脫色、除藻效果好等優(yōu)點,因此受到了水處理界國內(nèi)外學者的極大關注,成為無機高分子絮凝劑研究的一個熱點。1實驗部分1.1活化硅酸的制備所謂硅酸的活化,就是將硅酸鹽加強酸使其還原成有活性的硅酸2。將24.4g 硅酸鈉溶于400mL 蒸餾水中,在攪拌下慢慢滴加硫酸(或鹽酸,調(diào)節(jié)溶液的pH 值接近到8,加速攪拌一定的時間,制備成濃度為0.5mol /L 的乳白色的活化硅酸溶液。1.2聚硅酸

2、鐵的制備稱取40.5g 氯化鐵溶于300mL 蒸餾水中制備成0.5mol /L 的氯化鐵溶液,然后在高速攪拌下,按照一定的Fe /Si 比在活化硅酸中慢慢加入氯化鐵溶液。全部混合后放置一定的時間進行熟化以備用。1.3絮凝率的測定方法在500mL 燒杯中加入500mL 的污水,再加一定量的聚硅酸鐵絮凝劑,充分攪拌,靜置一定的時間,同時以污水作為對照液,用721分光光度計測定OD 550nm ,然后計算絮凝率。絮凝率的具體計算方法如下3:絮凝率的計算公式:絮凝率(%=A-B A×100式中A :污水550nm 處吸光度值;B :處理后的污水550nm 處吸光度值。2結果與討論2.1制備聚

3、硅酸鐵絮凝劑的影響因素2.1.1Fe /Si 比對聚硅酸鐵絮凝效果的影響在本次實驗,我們選擇了5個Fe /Si 比配備聚硅酸鐵絮凝劑:14、12、11、21、31,然后用各個不同配比的聚硅酸鐵絮凝劑按不同使用量進行污水處理,比較它們的絮凝率。由實驗可知,每一個Fe /Si 比下的絮凝率都有這樣一個趨勢:開始時,隨著絮凝劑加入量的增加,絮凝率呈現(xiàn)出上升的趨勢;當絮凝率達到最高值后,隨著絮凝劑的增加,絮凝率為下降趨勢。然而,不同F(xiàn)e /Si 比下的絮凝率達到最高值時的絮凝劑使用量都不相同,其趨勢是,Fe /Si 比越大(也即是Fe 的含量越大,達到最高的絮凝率所需加入的絮凝劑的使用量越小。與此同時

4、,我們也看到,在這五個最高絮凝率中,Fe /Si 比為11時最高(絮凝率達到64%。而在實驗中,我們也發(fā)現(xiàn),當Fe /Si 比為11時,鐵的返黃較少,隨著Fe /Si 的增大,鐵的返黃呈上升的趨勢。綜合這些因素,我們選擇Fe /Si 比為11繼續(xù)我們的實驗。2.1.2硅酸活化時間對聚硅酸絮凝效果的影響由圖1可以很明顯的看出,隨著硅酸的活化時間的增加,聚硅酸鐵絮凝劑的絮凝效果越好,活化時間從10min 到30min 遞增時,絮凝率基本呈現(xiàn)出平穩(wěn)增大的趨勢,而當活化時間從30min 增加到聚硅酸鐵絮凝劑的制備及其應用研究申倩,何金(天津市化學試劑研究所,天津300240摘要:本實驗通過在活化硅酸中

5、加入一定量的氯化鐵,經(jīng)過熟化,可以獲得具有較優(yōu)性能的絮凝劑聚硅酸鐵。研究其性能及自身影響因素,然后應用這種新型高分子絮凝劑處理污水,探討聚硅酸鐵絮凝劑的凈水效果,為該絮凝劑的最佳應用提供初步的依據(jù)。關鍵詞:活化硅酸;聚硅酸鐵;絮凝劑;污水處理中圖分類號:TQ314.253文獻標識碼:A文章編號:1008-1267(200601-0053-03收稿日期:2005-08-23第20卷第1期2006年1月Vol.20No.1Jan.2006天津化工Tianjin Chemical Industry40min 時,絮凝率有一個很明顯的增大過程(絮凝率從65.2%增大到76.3%,但活化時間超過40mi

6、n后,活化時間對絮凝率的影響變小。2.1.3熟化時間對聚硅酸鐵絮凝效果的影響在實驗的過程中,我們發(fā)現(xiàn),聚硅酸鐵剛制備出來后就進行污水處理并不能取得很好的效果,而當我們把它放置一定的時間在處理污水時,取得的凈化效果將有很大程度的增強。這個放置的過程,我們稱之為聚硅酸鐵的熟化。正是由于熟化時間對絮凝劑的凈化效果產(chǎn)生如此大的影響,我們對其進行了具體的研究。結果如圖2所示。由圖2可知,不同熟化時間對聚硅酸鐵絮凝效果產(chǎn)生不同的影響。實驗表明,制備出來的聚硅酸鐵熟化48d 后,可以取得很好的污水凈化效果,尤其在熟化4d 后,絮凝劑處理污水的絮凝率高達93.9%。而在實驗過程中,我們觀察到,隨著熟化時間的增

7、加,絮凝劑處理污水生成的絮體增大,沉降速度加快,而且鐵的殘量也越來越小。2.2絮凝劑應用的影響因素在應用絮凝劑處理污水時,絮凝劑的添加量和污水的狀況對絮凝劑的絮凝效果有著很大的影響。研究絮凝劑應用的影響因素,主要是考察絮凝劑的添加量、污水的pH 值及處理過程中沉降時間對處理效果的影響。進行絮凝劑應用的影響因素實驗,絮凝劑選擇Fe /Si 比為11的聚硅酸鐵絮凝劑。2.2.1絮凝劑的添加量對聚硅酸鐵絮凝效果的影響由表1可以看出,聚硅酸鐵絮凝劑處理污水時,隨著添加量不同,絮凝效果變化很大。開始時,隨著絮凝劑加入量的增加,絮凝率呈現(xiàn)出上升的趨勢;當絮凝率達到最高值后,隨著絮凝劑的增加,絮凝率為下降趨

8、勢。絮凝率在添加量為6mL 時達到最高值,為64.0%。2.2.2沉降時間對聚硅酸鐵絮凝效果的影響由表2可以看出,該絮凝劑的絮凝效果與沉降時間有一定的聯(lián)系。沉降的時間越長,絮凝效果就較好。而當沉降時間在20min 以上時,沉降時間對絮凝效果的影響就越來越小了。在實驗的過程中,我們可以觀察到,沉降時間為5min 這段時間,主要的是大塊的絮體沉降;從5min 到10min ,主要是較大的絮體沉降;10min 后,較細的絮體也開始慢慢沉降;到20min 后(這時的絮凝率為68.1%,肉眼可見的絮體基本已經(jīng)沉降完畢,絮凝效果受沉降時間的影響越來越小。2.2.3污水的pH 對聚硅酸鐵絮凝效果的影響由表3

9、可以看出,該絮凝劑的pH 適用范圍較寬,在污水的pH 為211之間都可以適用,但以pH 值在79之間為佳。根據(jù)我們的觀察,該絮凝劑在處理酸度較高的污水時,生成細小的絮體,而且是酸度越高,生成的絮體越小,當pH 值為1時,絮凝劑與污水混合后,基本呈現(xiàn)出渾濁的狀態(tài),這時生成的絮體非常細小,幾乎沉降不下去;當污水pH 值在79時,生成的絮體大而實,沉降的速度也快,這時絮凝率在pH 值為8.6時為84%;隨著堿度的增加,生成的絮體慢慢變小,絮凝效果慢慢下降;而當pH 值大于11時,在添加絮凝劑前,堿就起到了絮圖1硅酸活化時間對聚硅酸鐵絮凝效果的影響圖2熟化時間對聚硅酸鐵絮凝效果的影響表1絮凝劑的添加量

10、對聚硅酸鐵絮凝效果的影響添加量/mLOD 550nm 絮凝率/%10.10615.220.09424.830.08532.040.07242.450.05556.060.04564.070.05556.0表2沉降時間對聚硅酸鐵絮凝效果的影響時間/minOD 550nm 絮凝率/%50.04255.3100.0457.4150.03562.8200.0368.1250.0368.1300.02870.2表3污水的pH 對聚硅酸鐵絮凝效果的影響pH OD 550nm絮凝率/%1.10.105-04-8665244.77

11、.40.0271584.09.50.01880.9100.0278.711.60.00891.52006年1月天津化工絮凝率/%絮凝率/%54(aPrati L,Rossi M.Gold on carbon as a new catalyst forselective liquid phase oxidation of diols J.J.Catal.1998,176:552-560.(bPrati L,Martra G.New gold catalysts for liquid phase oxidation J.Gold Bull.1999,32:96-101.(cPo

12、rta F,Prati L,Rossi M,et al.Metal sols as a useful tool for heterogeneous gold catalyst preparation:reinvestigation of a liquid phase oxidation J.Catal.Today 2000,61:165-172.(dBianchi C,Porta F,Prati L,et al.Selective liquid phase oxidation using gold catalysts J.Top.Catal.13(2000231.Carretin S,McMo

13、rn P,Johnston P,et al.Oxidation ofglycerol using supported Pt,Pd and Au catalysts J.Phys.Chem.Chem.Phys.5(20031329-1336.(aLandon P,Collier P J,Papworth A J,et al.Directformation of hydrogen peroxide from H -2/O -2using a gold catalyst J.Chem.Commun.2002,18:2058-2059.(bLandon P,Collier P J,Carley A F

14、,et al.Direct synthesis of hydrogen peroxide from H 2and O 2using Pd and Au catalysts J.Phys.Chem.Chem.Phys.2003,5(9:1917-1923.111213Progress of gold as catalystYIN Tao,YANG En-cui(College of Chemistry &Life Science,Tianjin Normal University,Tianjin 300074,ChinaAbstract:Until recently,gold has b

15、een overlooked as a key component of both homogeneous and heterogeneous catalysts,and can be used extensively and effectively as catalyst in versatile redox reactions.In this paper,the recent work on gold are reviewed.Key words:catalysis _gold _nanoparticles(上接第13頁凝的作用,添加絮凝劑后,取得了很好的污水凈化效果5,絮凝率高達91.5

16、%,但在實際處理污水時,一般不會在污水中添加大量的堿,這樣做從成本上并不合算。3結論(1聚硅酸鐵絮凝劑的Fe /Si 比以11為宜,活化硅酸最好活化30min 以上,最后配備好絮凝劑最好熟化48d 。(2對于污水,pH 最好調(diào)節(jié)到79之間;絮凝后,靜置20min 以上為佳。參考文獻:李玉江,吳濤.新型脫色混凝劑含鐵聚硅酸的研究J.化學研究與應用,1999,11(3:323-326.胡翔,周定.聚硅酸鐵處理低溫低濁水的研究J.工業(yè)水處理,1997,17(5:13-14.高寶玉,宋永會,岳欽艷.聚硅酸硫酸鐵混凝劑的性能研究J.環(huán)境科學,1997,18(2:46-48.張令芬,黃建芳,含高鐵離子聚硅

17、酸絮凝劑的研制及性能研究J.凈水技術,1999,68(2:5-6,7.Minoto Takeda,Jun-ichi Koizumi,Hiroshi Matsuka et al.Factors affecting the activity of a protein bioflocculant produced No-cardia amarae J.Journal of Fermeatation and Bioengineerixy.1992,74(6:408-409.Study on the developing of the flocculant agent of thesilicic-aci

18、d-ferrite polymer and the applicationSHEN Qian,HE jin(Chemical reagent research institute of Tianjin,Tianjin 300240Abstract:In this experiment,a new inorganic high polymer coagulant was made by put some FeCl 3into the silicic acid that have been activated.It is called silicic-acid-ferrite polymer coagulant (SAFP.Then,the factors that influent the new flocculant and the application of the flocculant were s