一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑及其製備方法
2023-11-07 02:20:12 2
專利名稱：一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種無機複合絮凝劑的製備，尤其涉及一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑及其製備方法。
背景技術：
在「水質型缺水」問題日益嚴重、水資源供需矛盾日益加劇的今天，將低濁度水進行再處理，並作為再生水資源加以合理利用，這已成為解決水資源供需矛盾，緩解水資源危機的一種途徑。絮凝沉降是目前水處理經常採用的技術方法之一，也是迄今為止工藝上比較成熟、處理效果比較穩定的水處理方法。該技術的核心部分是絮凝劑，其性能直接關係到絮凝效果的好壞以及成本的高低。低濁度水在實際的絮凝處理過程中，使用聚鋁、鐵等傳統絮凝齊U，具有投藥量大處理成本高的問題，鑑於這個問題，研製開發適用於低濁度水處理的新型高效絮凝劑成為改善絮凝效果的有效途徑之一。聚矽酸鹽類複合絮凝劑是一類將聚矽酸引入到鋁、鐵鹽等化合物中，通過聚合反應合成新的化合物，製得的一種無機高分子複合絮凝劑，這類絮凝劑集合了聚矽酸和聚鋁、 鐵等絮凝劑的優點，不僅具有電中和作用，還具有較高的網捕卷掃能力以及吸附架橋能力， 其對低濁度水的處理效果遠高於聚鋁、鐵等絮凝劑，對改善低濁度水的處理效果有積極的
眉、ο但是將聚矽酸引入到鋁、鐵鹽中並不是一件容易的事。為了更容易得到穩定性較好的產物，需創造出利於聚矽酸與鋁、鐵鹽聚合的反應條件，確保聚合反應的順利進行。趙會明、羅固源等在聚矽酸硫酸鋁鐵(PSAFS)的合成中公開報導了一種聚矽酸硫酸鋁鐵複合絮凝劑的合成方法，該方法聚矽酸與鋁、鐵鹽之間的鍵合作用較弱，且有效濃度較低，另外由於大量鐵的存在，在處理低濁度水時對出水的色度有一定的影響，不能完全適用於低濁度水的處理。CN1059505A、CN1049323A、CN1050708A、CN1067031A 報導了以鋁鞏土、廢鋁屑或工
業廢渣等為原料製備聚矽酸鹽類複合絮凝劑的方法，這些方法通過對原料進行酸溶或者鹼溶得到溶解性鋁，再與聚矽酸進行聚合，生產原料易得、成本低。但是產品中雜質多，成分和濃度不好控制，影響聚合反應效果的因素眾多，產物穩定時間短。CN1042340A公開了以鋁酸鈉、矽酸鈉和硫酸鋁為主要原料製備聚合鹼式矽硫酸鋁，製備過程中原料質量控制嚴格，產物雜質少，但是製備工藝複雜，反應條件要求苛刻，反應過程控制不當容易出現凝膠。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，研究一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑及其製備方法。本發明採用的技術方案是一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，其原料含有如下重量份的組分鋁酸鈉 6. 2 10. 3份，水玻璃溶液2. 4 7. 8份，硫酸鋁溶液52. 8 73. 4份，其中，水玻璃溶液中SiA質量含量為5 8%，水玻璃模數為2. 6 3. 0，硫酸鋁溶液中Al2O3質量含量為7 10%。上述的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑的製備方法，包括如下步驟
1)將鋁酸鈉、穩定劑溶解於水，煮沸，冷卻，得鋁酸鈉穩定溶液；
2)水玻璃溶液經酸性混合液調節pH，靜置，得低聚合度聚矽酸溶液；
3)將低聚合度聚矽酸溶液加入到硫酸鋁溶液中，攪拌均勻，緩慢加入鋁酸鈉穩定溶液，攪拌，得混合液；
4)混合液在攪拌作用下進行水浴加熱，溫度上升至50 70°C後，保溫熟化，冷卻，得用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑。優選的，鋁酸鈉與穩定劑的質量比為100 1 5。優選的，穩定劑為多羥基鹽。優選的，穩定劑為酒石酸鈉、葡萄糖酸鈉、酒石酸鉀中的至少一種。優選的，水玻璃溶液的pH調節至1 2。優選的，酸性混合液是弱酸和強酸銨鹽的混合液，弱酸與銨鹽的摩爾比為1 :1 5。優選的，弱酸為草酸、檸檬酸、醋酸中的至少一種。優選的，強酸銨鹽為硫酸銨、氯化銨中的至少一種。本發明的有益效果是
本發明在活化矽酸時採用弱酸和強酸銨鹽兩者結合，有效控制了矽酸自聚的聚合速度，製備出穩定的低聚合度聚矽酸，在後序的聚合反應中，利於鋁與矽之間的鍵合，保證聚合反應的有效順利進行，得到的無機高分子複合絮凝劑穩定性好，用量少，絮凝體顆粒沉降快，反應效果好，處理效果以及成本均優於傳統聚鋁、鐵絮凝劑。本發明採用的原料來源廣泛，反應條件簡單易於控制，反應條件穩定且易控制，產物鹽基度在50 70%之間，產物至少穩定4個月，適合工業化生產。
具體實施例方式下面結合具體的實施例對本發明作進一步的說明，但並不局限如此。實施例1
一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，其原料含有如下重量份的組分鋁酸鈉 6. 8份，水玻璃溶液6. 5份，硫酸鋁溶液69. 5份，水17. 2份，其製備方法包括以下步驟
1)鋁酸鈉穩定溶液的製備將36.4g鋁酸鈉和0. 44g酒石酸鈉溶解於91g水中，加熱煮沸，當混合液變澄清後冷卻至室溫，得鋁酸鈉穩定溶液A ；
2)低聚合度活化矽酸的製備取34.5g水玻璃溶液，用摩爾配比為1 :2的草酸、硫酸銨混合液調節PH為1，靜置，得略帶藍色螢光的透明溶液B ；
3)聚合反應室溫條件下，將溶液B加入到370g硫酸鋁溶液中，攪拌均勻，緩慢加入溶液A，攪拌，得混合液，然後邊攪拌邊水浴加熱混合液，使其溫度緩慢上升至50°C，保溫熟化，冷卻，得產物1。實施例2一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，其原料含有如下重量份的組分鋁酸鈉 8. 4份，水玻璃溶液6. 8份，硫酸鋁溶液63. 6份，水21. 2份，其製備方法包括以下步驟
1)鋁酸鈉穩定溶液的製備將42.5g鋁酸鈉和0. 59g葡萄糖酸鈉溶解於106g水中，力口熱煮沸，當混合液變澄清後冷卻至室溫，得鋁酸鈉穩定溶液A ；
2)低聚合度活化矽酸的製備取34.5g水玻璃溶液，用摩爾配比為1 :1的檸檬酸和硫酸銨混合液調節PH為2，靜置，得略帶藍色螢光的透明溶液B ；
3)聚合反應室溫條件下，將溶液B加入到321g硫酸鋁溶液中，攪拌均勻，緩慢加入溶液A，攪拌，得混合液，然後邊攪拌邊水浴加熱混合液，使其溫度緩慢上升至60°C，保溫熟化，冷卻，得產物2。實施例3
一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，其原料含有如下重量份的組分鋁酸鈉 8. 6份，水玻璃溶液5. 1份，硫酸鋁溶液64份，水22. 3份，其製備方法包括以下步驟
1)鋁酸鈉穩定溶液的製備將42.7g鋁酸鈉和1. 45g酒石酸鉀溶解於IlOg水中，加熱煮沸，當混合液變澄清後冷卻至室溫，得鋁酸鈉穩定溶液A ；
2)低聚合度活化矽酸的製備取25.5g水玻璃溶液，用摩爾配比為1 :1 5的草酸、醋酸、硫酸銨混合液調節PH=L 5，靜置，得略帶藍色螢光的透明溶液B ；
3)聚合反應室溫條件下，將溶液B加入到319g硫酸鋁溶液中，攪拌均勻，緩慢加入溶液A，攪拌，得混合液，然後邊攪拌邊水浴加熱混合液，使其溫度緩慢上升至70°C，保溫熟化，冷卻，得產物3。實施例4
一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，其原料含有如下重量份的組分鋁酸鈉 7. 1份，水玻璃溶液3. 8份，硫酸鋁溶液71. 6份，水17. 5份，其製備方法包括以下步驟
1)鋁酸鈉穩定溶液的製備將36.6g鋁酸鈉、0. 52g酒石酸鈉和0. 52g酒石酸鉀溶解於89g水中，加熱煮沸，當混合液變澄清後冷卻至室溫，得鋁酸鈉穩定溶液A ；
2)低聚合度活化矽酸的製備取19.5g水玻璃溶液，用摩爾配比為1 :5的檸檬酸、硫酸銨混合液調節PH=I，靜置，得略帶藍色螢光的透明溶液B ；
3)聚合反應室溫條件下，將溶液B加入到369g硫酸鋁溶液中，攪拌均勻，緩慢加入溶液A，攪拌，得混合液，然後邊攪拌邊水浴加熱混合液，使其溫度緩慢上升至70°C，保溫熟化，冷卻，得產物4。實施例5
一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，其原料含有如下重量份的組分鋁酸鈉 10. 3份，水玻璃溶液7. 8份，硫酸鋁溶液52. 8份，水29. 1份，其製備方法包括以下步驟
1)鋁酸鈉穩定溶液的製備將51.9g鋁酸鈉和0. 52g酒石酸鉀溶解於146. Sg水中，力口熱煮沸，當混合液變澄清後冷卻至室溫，得鋁酸鈉穩定溶液A ；
2)低聚合度活化矽酸的製備取39.3 g水玻璃溶液，用摩爾配比為1 :1 1的草酸、硫酸銨混合液調節PH=L 5，靜置，得略帶藍色螢光的透明溶液B ；
3)聚合反應室溫條件下，將溶液B加入到沈6.3g硫酸鋁溶液中，攪拌均勻，緩慢加入溶液A，攪拌，得混合液，然後邊攪拌邊水浴加熱混合液，使其溫度緩慢上升至60°C，保溫熟化，冷卻，得產物5。
實施例6
一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，其原料含有如下重量份的組分鋁酸鈉 6. 2份，水玻璃溶液2. 4份，硫酸鋁溶液73. 4份，水18份，其製備方法包括以下步驟
1)鋁酸鈉穩定溶液的製備將31.7g鋁酸鈉和1. 58g酒石酸鉀溶解於92g水中，加熱煮沸，當混合液變澄清後冷卻至室溫，得鋁酸鈉穩定溶液A ；
2)低聚合度活化矽酸的製備取12.3g的水玻璃溶液，用摩爾配比為1 :2. 5的草酸、硫酸銨混合液調節PH=2，靜置，得略帶藍色螢光的透明溶液B ；
3)聚合反應室溫條件下，將溶液B加入到375.2g硫酸鋁溶液中，攪拌均勻，緩慢加入溶液A，攪拌，得混合液，然後邊攪拌邊水浴加熱混合液，使其溫度緩慢上升至65°C，保溫熟化，冷卻，得產物6。將實施例1 4製備的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，即產物1 產物4， 進行PH、鹽基度，氧化鋁含量檢測，所得數據如下表1。所得產物鹽基度在58 70%。表1實施例1 4製備的產物參數表 _
￥號|pH值I鹽基度(%) I氧化鋁(『
產物 1 3. 31 59. 4_7. 98_
WW2 3. 47 m 38. 09
WW3 3. 52 69^89. 06
W^J φ. 63 |58. 3丨8. 93
將實施例1 4製備的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，進行原水處理實驗測定。
原水選用江門市天沙河河水，採用分光光度法測定濁度，河水靜置存放一天後取上清液，濁
度為10.602NUT，河水ρΗ值為6 7。絮凝劑的投藥量，以換算成氧化鋁的量來計算，單位
為mg/L，同時採用PAC、PFS、PAFC進行絮凝效果對比。測定方法取500ml原水置於燒杯中，加入預定量的絮凝劑，先後以300rpm攪拌速度攪拌30s，200rpm攪拌速度下攪拌5min，50rpm攪拌速度下攪拌5min，再靜置5min，取上清液測定濁度，結果見表2。表2絮凝劑處理原水後的濁度測定
投纖纖瀬/WT
(rag/L) ^ ！嚴J=^3 Pfl 4 PAC PFS PtfC
3:5.0153.2564 3525.0436.3177 . 84 06.278
51.6161.3681.0031.2533.8454.5244.595
70.9530, Im0.8420.8432,4523,4273, T92
90.7510.5080.7050.7142.6252.5312.253
1!0.8520.5480.7250.7122.8502.2342.145
130.9640.5560.7530.7713.8322.4512.294由表2數據顯示，可知本發明所製備的無機高分子複合絮凝劑，在處理低濁度水時，絮凝沉澱處理效果明顯好於聚鋁、鐵絮凝劑。實施例1 4製備的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，採用常溫、避光、密閉保存，觀察不同的存放時間內，產物的實際水處理效果，以測定產物穩定的存放時間。測定水處理效果時，原水仍選用江門市天沙河河水，考慮到不同季節，河水水質變化的影響，故每次對河水進行適當稀釋，使待測水樣的濁度保持在壙9NUT。絮凝劑的投藥量為9mg/L。實驗結果見表3。表3不同存放時間絮凝劑處理原水的濁度測定
權利要求
1.一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑，其原料含有如下重量份的組分鋁酸鈉 6. 2 10. 3份，水玻璃溶液2. 4 7. 8份，硫酸鋁溶液52. 8 73. 4份，其中，水玻璃溶液中SiA質量含量為5 8%，水玻璃模數為2. 6 3. 0，硫酸鋁溶液中Al2O3質量含量為7 10%。
2.權利要求1所述的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑的製備方法，包括如下步驟1)將鋁酸鈉、穩定劑溶解於水，煮沸，冷卻，得鋁酸鈉穩定溶液；2)水玻璃溶液經酸性混合液調節pH，靜置，得低聚合度聚矽酸溶液；3)將低聚合度聚矽酸溶液加入到硫酸鋁溶液中，攪拌均勻，緩慢加入鋁酸鈉穩定溶液， 攪拌，得混合液；4)混合液在攪拌條件下進行水浴加熱，溫度上升至50 70°C後，保溫熟化，冷卻，即得用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑。
3.根據權利要求2所述的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑的製備方法，其特徵在於鋁酸鈉與穩定劑的質量比為100 1 5。
4.根據權利要求2所述的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑的製備方法，其特徵在於穩定劑為多羥基鹽。
5.根據權利要求4所述的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑的製備方法，其特徵在於穩定劑為酒石酸鈉、葡萄糖酸鈉、酒石酸鉀中的至少一種。
6.根據權利要求2所述的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑的製備方法，其特徵在於水玻璃溶液的PH調節至1 2。
7.根據權利要求2所述的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑的製備方法，其特徵在於酸性混合液是弱酸和強酸銨鹽的混合液，弱酸與銨鹽的摩爾比為1 :1 5。
8.根據權利要求7所述的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑的製備方法，其特徵在於弱酸為草酸、檸檬酸、醋酸中的至少一種。
9.根據權利要求7所述的用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑的製備方法，其特徵在於強酸銨鹽為硫酸銨、氯化銨中的至少一種。全文摘要
本發明公開了一種用於處理低濁度水的高效複合絮凝劑及其製備方法，其原料含有鋁酸鈉、水玻璃溶液、硫酸鋁溶液等，該方法包括鋁酸鈉穩定溶液的製備，低聚合度聚矽酸溶液的製備以及聚合反應三個步驟，本發明在活化矽酸時採用弱酸和強酸銨鹽兩者結合，有效控制了矽酸自聚的聚合速度，製備出穩定的低聚合度聚矽酸，在後序的聚合反應中，利於鋁與矽之間的鍵合，保證聚合反應的有效順利進行，得到的無機高分子複合絮凝劑穩定性好，用量少，絮凝體顆粒沉降快，反應效果好。
文檔編號C02F1/52GK102502932SQ20111037608
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月23日 優先權日2011年11月23日
發明者張立武, 董永星, 蔣志飛, 譚銘卓 申請人:江門市慧信淨水材料有限公司