背景及概述[1-2]
在工業(yè)和生活應(yīng)用中無機絮凝劑最為廣泛,主要分為鋁鹽和鐵鹽兩大類。它們各自有一系列成熟的產(chǎn)品,其中傳統(tǒng)的低分子絮凝劑如硫酸鋁、氯化鐵等,由于投量大、處理成本高已逐漸被新型的無機高分子絮凝劑所代替,如聚合氯化鋁、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鐵即是其中的主要代表。聚合氯化鋁鐵絮凝劑是一種優(yōu)良的無機高分子絮凝劑。它在使用時具有絮體形成快、沉淀性好,水中堿度消耗少,特別是對水溫、pH 值、濁度和有機物含量變化適應(yīng)性強等優(yōu)點。自1980 年關(guān)于聚合氯化鋁鐵絮凝劑 的第1 件歐洲專利公開之后,聚合氯化鋁鐵絮凝劑 制備、應(yīng)用的專利與報道在我國逐年增加,傳統(tǒng)工藝是在混合水溶液中加入Cl -、Al3 +、Fe3 + 和堿化劑,穩(wěn)定pH 值,經(jīng)過一定時間的熟化得到聚合氯化鋁鐵液體,然后取上層液干燥得固體聚合氯化鋁鐵絮凝劑。其工藝制作周期長,條件復(fù)雜,產(chǎn)品純度低,含鹽量較高等特點。
性能
聚合氯化鋁鐵絮凝劑 的結(jié)構(gòu)與其Al/Fe 摩爾比緊密相關(guān)。在Al/Fe 摩爾比1∶9 ~ 2∶8 區(qū)間,由于Al(Ⅲ)的催化作用,增加了Fe(Ⅲ)的結(jié)晶中心,促使Fe(Ⅲ)膠團的形成。大量Fe(Ⅲ)接枝于結(jié)晶中心,快速形成的含鋁Fe(Ⅲ)羥合物膠團呈無定形體、結(jié)晶細小,成為該熱力學(xué)條件下的亞穩(wěn)定變體。在Al/Fe 摩爾比3∶7 ~ 5∶5 間,出現(xiàn)低結(jié)晶度的β -FeOOH 或水羥合鐵(Ferrihydrite)沉淀,部分Al(Ⅲ)離子作為共沉淀進入鐵相,溶液極不穩(wěn)定。當Al/Fe 摩爾比>5∶5 后,Al(Ⅲ)對Fe(Ⅲ)羥合物膠團的進一步晶化的抑制作用大于催化作用,Al(Ⅲ)水解。形成的大量低合聚度Al(Ⅲ)羥合物包圍著已經(jīng)長大為100nm 左右的Fe(Ⅲ)羥合物膠團,使兩者共聚。[ Fe(Ⅲ)羥合物膠團] Al-OH [ Fe(Ⅲ)羥合物膠團] Fe -HO-Al同時,鍵合大量Al(Ⅲ)羥合物的Fe(Ⅲ)羥合物膠團相互聯(lián)接成環(huán),形成網(wǎng)狀及立體結(jié)構(gòu),其間的配位水轉(zhuǎn)為結(jié)構(gòu)水形式。
由于Al(Ⅲ)羥基配離子與Fe(Ⅲ)羥基配合物的競爭存在與交叉共聚,使大量粒徑在100 ~500nm 之間的Fe(Ⅲ)羥合物膠團能在高聚合度、pH >3 的條件下以顯微亞穩(wěn)態(tài)存在。一旦被投入水體,由于pH 的躍升使這種高聚合度的Fe(Ⅲ)羥合物膠團失穩(wěn),并被迅速吸附于帶負電的顆粒之上、水解,生成具有一定大小的氫氧化物沉淀;而該羥合物膠團中與Fe(Ⅲ)鍵合在一起的低中聚合度的Al(Ⅲ)羥合物因水解速度慢,尚來不及水解就被同時吸附,發(fā)揮電中和作用并進一步促進絮體的成長。此外,聚合氯化鋁鐵絮凝劑 中Al(Ⅲ)羥合物與Fe(Ⅲ)羥合物膠團的交叉共聚可能生成接枝狀體型共聚物,它們除比表面積增大之外又能在流體場中沿速度梯度定向排列,增加在非對稱部位的絮體的凝結(jié),從而使Al -Fe共聚物對絮凝過程中的吸附、電中和脫穩(wěn)凝結(jié),粘接架橋、卷掃絮凝等作用達到協(xié)調(diào)一致。
應(yīng)用[3]
1.原水,自來水的處理
聚合氯化鋁鐵絮凝劑 用來處理松花江水和長江水取得了良好的效果。聚合氯化鋁鐵絮凝劑 用于處理松花江水,其用量顯著少于PAC ;處理長江水其費用也大大低于聚丙烯酰胺。若將聚合氯化鋁鐵絮凝劑與FeCl3 聯(lián)用處理長江水,還可節(jié)約FeCl3用量約1/3。上海同濟大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院用聚合氯化鋁鐵絮凝劑處理揚樹浦水廠原水時發(fā)現(xiàn),聚合氯化鋁鐵絮凝劑對4 ℃以下原水混凝效果理想。
2. 工業(yè)廢水處理
用聚合氯化鋁鐵絮凝劑 處理高濁度工業(yè)廢水可以簡化水處理工藝,僅用平流沉降池就能取得較好的效果。甕安煤礦用聚合氯化鋁鐵絮凝劑 處理洗煤廢水,每年可將500kt 含煤泥大于4000mg/ L 的洗煤廢水處理回用,四年來取得了很好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益.濟南煉鋼轉(zhuǎn)爐煙塵洗滌水含鐵量很高,懸浮物含量一般在3000mg/L 左右,采用平流沉降池加聚合氯化鋁鐵絮凝劑 處理后,懸浮物含量小于200mg/L,日處理量為16800m3,投藥成本僅為0.02 元/t。用聚合氯化鋁鐵絮凝劑 處理印染廢水,廢水中COD,色度的除去率分別為90.5 %和87 %,優(yōu)于使用PAC 的效果,達到排放標準。
制備[1]
方法1::準確稱取原料煤系高嶺石100g 放入坩堝內(nèi)在馬弗爐中煅燒,800℃ 下恒溫2h,取出放入三口瓶中,用一定濃度的鹽酸充分混合,攪拌,在70℃進行酸浸反應(yīng)維持17h。酸浸液離心分離后,引入適量的Fe3 + 升溫到102℃進行聚合反應(yīng),反應(yīng)一段時間后加入助劑氧化鈣,攪拌使之聚合、濃縮,最后的液體產(chǎn)品聚合氯化鋁鐵( 聚合氯化鋁鐵絮凝劑)。
方法2:
1)凝膠氫氧化鐵的制備及稱取
準確稱量一定質(zhì)量的氯化鐵用蒸餾水全部溶解,得到氯化鐵溶液,加入稍過量的氫氧化鈉溶液使Fe3 + 全部沉淀,經(jīng)過減壓抽濾、去離子水洗滌使凝膠的pH = 7,并且除去凝膠里的氯化鈉,得到比較潔凈的氫氧化鐵凝膠。根據(jù)氯化鐵的投入量計算凝膠中氫氧化鐵的物質(zhì)的量。由于氫氧化鐵的物質(zhì)的量與凝膠的體積成正比,在總體積中量取一定體積的氫氧化鐵凝膠溶液就得到了一定物質(zhì)的量的氫氧化鐵。
2)聚合氯化鋁鐵的制備
分別稱取一定質(zhì)量的氯化鋁和上一步制得的凝膠氫氧化鐵混合放到干凈燒杯中,加入適量無水乙醇。用加熱套加熱并且不斷地攪拌,使固體全部溶解。繼續(xù)蒸餾除去溶液中少量的水分,然后再把溶液放到電熱鼓風干燥箱蒸干得到純凈固體聚合氯化鋁鐵,蒸出的乙醇經(jīng)過處理可以循環(huán)利用。
主要參考資料
[1] 聚合氯化鋁鐵( 聚合氯化鋁鐵絮凝劑) 絮凝劑的合成及性能研究
[2] 聚合氯化鋁鐵絮凝劑制備工藝
[3] 聚合氯化鋁鐵的制備及應(yīng)用