聚硅酸金属盐絮凝剂的制备及性能研究

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近年来,水资源的保护及污水处理越来越受到人们的关注。在水处理过程中,絮凝作为一种有效的单元已得到广泛应用。水体中通常含有胶体粒子和固体悬浮物,它们带有电荷,并通过相互间的电荷排斥作用悬浮在水体中。絮凝过程能够通过电中和、吸附架桥、卷扫网捕等作用除去这些杂质,是水处理过程的重要操作单元。因而,研制更高效的絮凝剂,对水处理及水资源的保护有重要意义。论文研究了一种新型无机高分子絮凝剂——聚硅酸铁镁,该絮凝剂是利用协同增效的原理将铁盐、镁盐、聚硅酸三者复合而制成。三价铁盐在水体中通过水解形成Fe3+、Fe(OH)2+、Fe(OH)2+、Fe(OH)3、Fe(OH)4、Fe2(OH)24+、Fe3(OH)45+能发挥良好的电中和作用,使得胶体及悬浮物达到等电态而脱稳沉降,是一种优良的絮凝剂。镁盐则是一种良好的活性吸附剂因而也具有絮凝作用,并且镁盐具有脱色功能,不仅可以降低污水的色度而且能够解决铁盐絮凝剂余色的弊端。聚硅酸通过硅酸含有的Si—O—Si键四面体不断聚合形成二聚的Si2-2O3(OH)42+、三聚的Si3O5(OH)53-、四聚的Si4O8(OH)44-,以及更大的聚合体。从而在絮凝中发挥大分子的吸附、桥连及网聚的作用。本论文研究成果如下:1.采用复合共聚法制备了聚硅酸铁镁絮凝剂(PSiFM),通过研究反应物配比、反应温度、反应体系pH对目标产物性能的影响、以粘度和CODcr去除率作为评价指标,得到了最佳制备工艺:反应物硅酸钠浓度0.5mol/L、铁-硅摩尔比1.0,镁-铁摩尔比1.0,反应体系pH=5、聚硅酸粘度为1.4mPa·s。2.采用IR、SEM等手段对PSiFM进行了表征,研究了该絮凝剂pH、电导率、化学需氧量(CODCr)等随保存时间的变化规律,结果显示PSiFM形成了有利于发挥电中和、吸附架桥、卷扫网捕等絮凝作用的结构。3.进行了聚硅酸铁镁(PSiFM)与聚硅酸铁(PSiF)絮凝剂的pH变化、电导率变化、化学需氧量变化的比较分析,发现PSiFM比未加Mg的PSiF絮凝剂有更适合絮凝的结构。4.使用最优化条件下得到的PSiFM进行模拟水样和实际水样的处理,CODCr的去除率可达80%,固体悬浮物(SS)的去除率可达90%,优于市售的聚合硫酸铁(PFS)絮凝剂。本课题的研究得到了一种对含硅藻土模拟水样及北京市某河流实际水样CODCr、SS去除效果较好的絮凝剂,为该种絮凝剂的进一步研究提供了基础数据,该产品应用于水处理将会产生较好的经济效益和社会效益。
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