探究硫酸铝聚硅硫酸铝铁制备与其去浊性能

摘要： 文章研究了无机高分子复合絮凝剂聚硅硫酸铝铁（PSAF）的制备及其去浊性能。以硫酸铝、硫酸铁、水玻璃为原料， 以氢氧化钠为碱化剂，制备出一系列聚硅硫酸铝铁（PSAF）。通过考察不同Al/Fe/Si 摩尔比、碱化度对去浊性能的影响，并与传统絮凝剂作比较。结果表明PSAF中Al/Fe/Si摩尔比为1/1/1， 碱化度为0.8时去浊性能效果最佳，且具有沉降速度快、絮体大、密实的优点。
Abstract： A new kind of flocculant PSAF was prepared，taking sodium silicate，the iron sulfate and the aluminum sulfate as material，alkalinized by Sodium hydroxide. Preparation of a series of PSAF，through the analysis finds that the optimum conditions of removaling turbidity is Al：Fe：Si =1∶1∶1（molar ratio） and alkalinity is 0.8. Compared with the other flocculant，PSAF has faster sedimentation velocity and better flocculation effect.
关键词： 聚硅硫酸铝铁；絮凝剂；去浊性能
Key words： polysilicate aluminum ferric sulfate；flocculant；removaling turbidity
1006-4311（2013）25-0294-02
0 引言
聚硅硫酸铝铁（PSAF）絮凝剂是在聚硅酸和传统铝盐、铁盐絮凝剂的基础上发展起来的新型复合型无机高分子絮凝剂。该絮凝剂综合了聚硅酸粘结聚集、吸附架桥效能强，铝铁盐电中和能力强，铝盐絮凝剂絮体大、脱色性能好和铁盐絮凝剂絮体密实、沉降速度快等优点。
由于现阶段PSAF的研究仍处于初级阶段，在制备工艺、铝、铁、硅间相互作用、形态特征、絮凝作用机理等许多方面国内外还缺乏系统而深入的研究，从而影响着这类新型无机高分子絮凝剂向更高阶段发展。文章以硅酸钠、硫酸铁、硫酸铝为原料，采用共聚法制备聚硅硫酸铝铁絮凝剂[3]。通过实验研究从中找出影响聚硅硫酸铝铁（PSAF）絮凝剂制备及去浊性能的因素，为工业生产及应用提供可行性报告。

1 实验

摘自：硕士论文答辩www.udooo.com

部分

1.1 主要仪器和药品

PHS-3B精密pH计、722型分光光度计、S312数显恒速搅拌器、THZ-82A水浴恒温振荡器、SGZ-1A数显浊度仪、LJBQ-3数显磁力搅拌器。
九水硅酸钠（分析纯）、十八水硫酸铝（分析纯）、硫酸铁（分析纯）、浓硫酸（化学纯）、氢氧化钠（分析纯）。

1.2 聚硅硫酸铝铁的制备

称取一定量的Na2SiO3·9H2O，根据计算配制出SiO2含量为2.5%的硅酸钠溶液。控制反应温度为25℃，一边搅拌一边用20%稀硫酸调节pH值，使pH值达到5.3-5.5，待溶液呈现淡蓝色，再继续用20%稀硫酸调至pH值为2.0，制得聚硅酸。按Al/Fe/Si一定的摩尔比称取好硫酸铝和硫酸铁，采用水浴加热的方法严格控制反应温度为70℃，在搅拌下缓慢滴加硫酸铝溶液，滴加完毕后测定记录PH值，再使反应物缓慢降温到50℃，再次测定PH值，PH值有所变化后再缓慢加入硫酸铁溶液。待溶液温度下降到室温再滴加碱化剂，调试碱化度，静止熟化2小时，得到聚硅硫酸铝铁产品。

1.3 去浊性能实验

采用烧杯实验装置，在数显搅拌机上进行。取200ml餐饮废水，加入一定量的絮凝剂，先以200r/min的速度搅拌1min，再以60r/min的速度搅拌3min，静止沉降1-2h后，取液面2cm下的清液用浊度计测定浊度。

2 结果与讨论

2.1 聚硅酸的PH值对聚硅硫酸铝铁制备的影响

选用SiO2=2.5%作为研究对象，取适量硅酸钠溶液置于小烧杯中，滴加20%硫酸分别调节硅酸所需要的PH值。在20℃下静置观察并记录硅酸溶液开始变蓝时间和凝胶时间，结果见图1。
由图1可知，从制备聚硅硫酸铝铁的实际可操作性这一点看来，硅酸溶液开始变蓝和凝胶时间过长或过短都不利于制备聚硅硫酸铝铁。时间过长使制备时间拖长，时间过短，则没有足够的时间加入硫酸铝和硫酸铁，无法调控反应的进行。因此选写作备聚硅酸的合适PH范围为

5.3-5。

2.2 聚硅酸SiO2浓度对聚硅硫酸铝铁制备的影响

实验配制不同浓度的硅酸钠，调节PH值的范围在5.3-5.5。在20℃下静置观察并记录硅酸溶液开始变蓝时间和凝胶时间。以此研究SiO2浓度对硅酸聚合过程的影响，结果见图2。
由图2可知，随着SiO2浓度的增大，硅酸溶液变蓝和凝胶的时间就越短。考虑制备聚硅硫酸铝铁的实际可操作性，可选择SiO2浓度为

2.5%。

2.3 不同碱度对聚硅硫酸铝铁的除浊效果的影响

由图1、图2，选定SiO2浓度为2.5%，硅酸聚合PH为5.3-5.5为制备聚硅酸的实验条件，加入硫酸铝和硫酸铁制备聚硅硫酸铝铁，调节加入氢氧化钠的量，制备不同碱度的产品，测定去浊率，结果见图3。
由图3可知，随着碱度的增加除浊效果明显变好，当碱度大于0.8曲线上升坡度变小，但除浊效果能保持在98%以上，故碱度最好为0.8。
2.4 改变Si摩尔含量对聚硅硫酸铝铁除浊效果的影响 固定碱度为0.8及Al、Fe的含量，改变Si含量，制备不同的聚硅硫酸铝铁，测定去浊率，结果见图4。
由图4可知只有当Al3+、Fe3+适量时，PSAF才能同时发挥良好的电中和作用及吸附架桥作用，进而具有良好的去浊效果。故最佳的Al/Fe/Si摩尔比为1/1/1。
2.5 改变AL：Fe摩尔含量对聚硅硫酸铝铁的除浊效果的影响 固定碱度为0.8及Si的含量，改变Al/Fe的比值，制备不同的聚硅硫酸铝铁，测定去浊率，结果见图5。
由图5可知，随着Al含量的增加，使得絮凝剂的卷扫能力增加剩余浊度减少，但是铁的含量不足絮体的重量减少，絮体大而不密实，下降速度明显下降，当Al：Fe比值大于1时还呈现一些细小的絮体挂壁的情况。随着铁含量得增加，除浊效果有所下降，但是铁的分子量大，絮体密实下降速度快，且Fe3+为有色离子，随着含量的增加使废水除浊后色度不好。故最佳的Al/Fe/Si摩尔比值为1：1：1。
2.6 不同絮凝剂的去浊效果及沉降时间的比较 选用碱度为0.8，Al/Fe/Si摩尔比值为1：1：1的聚硅硫酸铝铁产品和碱度同为0.8的其他种类絮凝剂，等量加入餐饮废水后，测定沉降时间与去浊率，结果见图6。
由图6可知，与其他絮凝剂相比，PA（聚硅硫酸铝铁）具有较好的去浊率，达到99%以上，且沉降速度快，效果更佳。
3 结语
通过实验，探索了聚硅硫酸铝铁（PSAF）的最佳制备条件为：SiO2的百份含量为2.5%；硅酸聚合PH为5.3-5.5；碱度为0.8；Al/Fe/Si摩尔比值为1：1：1。且较传统絮凝剂有去浊率高、沉降速度快、絮体大、密实的优点。
参考文献：
田宝珍.铝铁共聚复合絮凝剂的研制和应用[J].工业水处理，1998（8）：7-9.
徐晓军.化学絮凝剂作用原理[M].北京：科学出版社，2005：11-19.
[3]栾兆坤，汤鸿霄.我国无机高分子絮凝剂产业发展现状与规划[J].工业水处理，2000（11）：1-6.