一种聚硅铁混凝剂及其制备方法

摘要

一种聚硅铁混凝剂及其制备方法，它涉及了一种无机高分子混凝剂及其制备方法。本发明解决了现有制备聚铁硅混凝剂中存在对低温低浊水质适应性差、生产成本高、制备工艺复杂和生产过程中对环境产生二次污染的缺陷。本发明的聚铁硅混凝剂由水玻璃、稀酸溶液、硫酸亚铁和氯酸钠制成。本发明的聚硅铁混凝剂的制备方法按照如下步骤进行：一、称取原料；二、将水玻璃加入到稀酸溶液中，反应后制得活化硅酸；三、将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中，再加入步骤二制得的活化硅酸，即得到聚硅铁混凝剂。本发明的聚硅铁混凝剂适用于对低温低浊水质，制备成本低、制备方法简单、制备过程无污染的优点。

权利要求

1.一种聚硅铁混凝剂，其特征在于聚硅铁混凝剂按重量百分比由20％～60％的水玻璃、10％～30％的稀酸溶液、10％～50％的硫酸亚铁和1.5％～10％的氯酸钠制成；其中稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为20％～50％；所述的聚硅铁混凝剂是通过以下方法实现的：一、按重量百分比分别称取20％～60％的水玻璃、10％～

30％的稀酸溶液、10％～50％的硫酸亚铁和1.5％～10％的氯酸钠；二、在400～600r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到一部分的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值为2.0～3.5，然后停止搅拌并控制反应温度为20℃～60℃，反应1～10h后，制得活化硅酸；三、在20℃～

80℃、搅拌速度为200～400r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中，10～30min后再加入步骤二制得的活化硅酸，然后以100～200r/min的速度搅拌30～

60min，再静置1～24h；即得到聚硅铁混凝剂；步骤一中的稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为20％～50％。

2.根据权利要求1所述的一种聚硅铁混凝剂，其特征在于聚硅铁混凝剂按重量百分比由40％的水玻璃、20％的稀酸溶液、30％的硫酸亚铁和10％的氯酸钠制成；稀酸溶液的浓度为35％。

3.根据权利要求1或2所述的一种聚硅铁混凝剂，其特征在于水玻璃中二氧化硅的质量浓度为2％～8％。

4.根据权利要求1所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于聚硅铁混凝剂的制备方法按照如下步骤进行：一、按重量百分比分别称取20％～60％的水玻璃、10％～30％的稀酸溶液、10％～50％的硫酸亚铁和1.5％～10％的氯酸钠；二、在400～600r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到一部分的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值为2.0～3.5，然后停止搅拌并控制反应温度为20℃～60℃，反应1～10h后，制得活化硅酸；三、在20℃～80℃、搅拌速度为200～400r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中，10～

30min后再加入步骤二制得的活化硅酸，然后以100～200r/min的速度搅拌30～60min，再静置2～24h；即得到聚硅铁混凝剂；步骤一中的稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为20％～50％。

5.根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤一中按重量百分比分别称取30％～50％的水玻璃、15％～25％的稀酸溶液、20％～40％的硫酸亚铁和

3％～8.5％的氯酸钠。

6.根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤二中将水玻璃加入到稀酸溶液中使混合溶液的pH值为2.3～3.2。

7.根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤二中控制反应温度为30℃～50℃。

8.根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤三中在40℃～

60℃、搅拌速度为250～350r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到稀酸溶液中。

9.根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤三中加入活化硅酸后以120～180r/min的速度搅拌40～50min。

10.根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤三中搅拌后静置6～20h。

说明书

一种聚硅铁混凝剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无机高分子混凝剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 化学混凝作为水处理的重要单元操作之一，一般由混凝作用形成的絮体可经沉淀、过滤或气浮等工艺而达到与水分离的目的。作为单元操作，混凝操作的效能不但会受到前处理的影响，也会对后续处理产生重大影响。混凝技术是目前国内外用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水处理技术，混凝技术的关键问题之一就是混凝剂的选择。而其中无机高分子混凝剂自60年代开发以来就呈现了明显的优势。它与传统的絮凝剂比较效能更优异，且比有机高分子絮凝剂价格低廉，而被广泛用于给水、工业废水以及城市污水的各种流程，逐渐成为主流絮凝剂。

[0003] 聚硅酸盐是一类新型无机高分子絮凝剂，是在聚硅酸即活化硅酸及传统的铝盐、铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的复合产物，通过铁离子和铝离子被用做偶联金属离子，偶联金属离子与硅酸的摩尔比可随不同的使用要求加以调整。发展该类产品的初衷是金属离子的电中和能力和聚硅酸的吸附架桥能力结合在一起，从而使复合产物具有较强的电中和吸附架桥作用，达到更好的净水效果。它们的絮凝脱稳性能远远超过聚硅酸和聚金属离子，同聚硅酸相比，不但提高稳定性，且增加了电中和能力，同聚金属离子相比，可增加黏结架桥性能，且易于制备，价格适宜，引起了水处理界的极大关注，成了国内外无机高分子絮凝剂研究的一个热点。但许多研究表明，通过各种渠道进入人体的铝会产生积累并会参与体内的多种生物化学反应，从而导致产生生物毒性而破坏各个器官的生理功能，所以聚硅铁盐也就受到了越来越多的关注。

[0004] 聚硅酸铁盐的研制始于上世纪90年代初期，具有凝聚沉淀快、污泥量少、宽泛的pH值适用范围、安全无毒等优点，目前主要的制备方法主要有以下两种：专利名称为《聚铁硅型复合无机高分子絮凝剂及其制备方法》、公开号为CN1210818的中国专利以液体三氯化铁、碳酸氢钠和工业水玻璃为原料，以低聚硅酸为稳定剂，采用均聚复合法制备聚合铁-聚合硅酸絮凝剂，而且是应用同一个制备方法制备不同硅铁摩尔比混凝剂，以适应不同水质的原水和废水。专利名称为《固体型聚合硅酸硫酸铁及生产方法》、公开号为CN1389407的中国专利采用硝酸氧化硫酸亚铁并且以硅酸钠为原料生产固体聚合硅酸硫酸铁，反应用蒸汽加热，将温度控制在80℃～90℃，并采用尾气吸收系统处理二次污染产生的废气。以上两种方法生产的混凝剂存在对低温低浊水质适应性差、生产成本高、制备工艺复杂和生产过程中对环境产生二次污染的缺陷。

发明内容

[0005] 本发明是为了解决现有制备聚铁硅混凝剂中存在对低温低浊水质适应性差、生产成本高、制备工艺复杂和生产过程中对环境产生二次污染的缺陷，而提供一种聚硅铁混凝剂及其制备方法。

[0006] 本发明的聚硅铁混凝剂按重量百分比由20％～60％的水玻璃、10％～30％的稀酸溶液、10％～50％的硫酸亚铁和1.5％～10％的氯酸钠制成；其中稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为20％～50％。

[0007] 本发明的聚硅铁混凝剂的制备方法按照如下步骤进行：一、按重量百分比分别称取20％～60％的水玻璃、10％～30％的稀酸溶液、10％～50％的硫酸亚铁和1.5％～10％的氯酸钠；二、在400～600r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到一部分的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值为2.0～3.5，然后停止搅拌并控制反应温度为20℃～60℃，反应1～10h后，制得活化硅酸；三、在20℃～80℃、搅拌速度为200～400r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中，10～30min后再加入步骤二制得的活化硅酸，然后以100～200r/min的速度搅拌30～60min，再静置1～24h；即得到聚硅铁混凝剂；步骤一中的稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为20％～50％。

[0008] 本发明的聚硅铁混凝剂具有以下优点：1、对低温低浊水质适应性明显增强，能够有效降低浊度、天然有机物(UV254)和化学需氧量(COD)；2、产品安全无毒；3、应用广泛，适用于城市给水与污水、工业给水、废水处理及污泥脱水等多个领域。

[0009] 本发明的聚硅铁混凝剂的制备方法具有以下优点：1、方法简单，在常温下即可制备，无需加热，最短生产时间仅为2小时40分钟；2、原料易得，改变了以前的制备方法都没有使用乙酸制备；3、制备成本低，成本比现有混凝剂的制备方法降低了2％～10％；4、制备过程中不产生废气，产品对环境友好。

附图说明

[0010] 图1为具体实施方式二十九制备的聚硅铁混凝剂与现有的聚合氯化铝混凝剂在投药量为0.06mmol/L时的降低污水浊度的对比图，其中“▲”为聚硅铁混凝剂降低污水浊度曲线，“◆”为聚合氯化铝混凝剂降低污水浊度曲线；图2为具体实施方式二十九制备的聚硅铁混凝剂与现有的聚合氯化铝混凝剂在投药量为0.18mmol/L时的降低污水浊度的对比图，其中“×”为聚硅铁混凝剂降低污水浊度曲线，“■”为聚合氯化铝混凝剂降低污水浊度曲线。

具体实施方式

[0011] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

[0012] 具体实施方式一：本实施方式的聚硅铁混凝剂按重量百分比由20％～60％的水玻璃、10％～30％的稀酸溶液、10％～50％的硫酸亚铁和1.5％～10％的氯酸钠制成；其中稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为20％～50％。

[0013] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点为：聚硅铁混凝剂按重量百分比由30％～50％的水玻璃、15％～25％的稀酸溶液、20％～40％的硫酸亚铁和3％～8.5％的氯酸钠制成；稀酸溶液的浓度为30％～40％。其它与具体实施方式一相同。

[0014] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点为：聚硅铁混凝剂按重量百分比由40％的水玻璃、20％的稀酸溶液、30％的硫酸亚铁和10％的氯酸钠制成；稀酸溶液的浓度为35％。其它与具体实施方式一相同。

[0015] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三的不同点为：水玻璃中二氧化硅的质量浓度为2％～8％。其它与具体实施方式一、二或三相同。

[0016] 具体实施方式五：本实施方式的聚硅铁混凝剂的制备方法按照如下步骤进行：一、按重量百分比分别称取20％～60％的水玻璃、10％～30％的稀酸溶液、10％～50％的硫酸亚铁和1.5％～10％的氯酸钠；二、在400～600r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到一部分的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值为2.0～3.5，然后停止搅拌并控制反应温度为
20℃～60℃，反应1～10h后，制得活化硅酸；三、在20℃～80℃、搅拌速度为200～400r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中，10～30min后再加入步骤二制得的活化硅酸，然后以100～200r/min的速度搅拌30～60min，再静置2～24h；即得到聚硅铁混凝剂；步骤一中的稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为
20％～50％。

[0017] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤一中按重量百分比分别称取30％～50％的水玻璃、15％～25％的稀酸溶液、20％～40％的硫酸亚铁和3％～8.5％的氯酸钠。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0018] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤一中按重量百分比分别称取40％的水玻璃、20％的稀酸溶液、30％的硫酸亚铁和10％的氯酸钠。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0019] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五、六或七的不同点是：步骤一水玻璃中二氧化硅的质量浓度为2％～8％。其它步骤及参数与具体实施方式五、六或七相同。

[0020] 具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤二中在450～550r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到稀酸溶液中。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0021] 具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤二中在500r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到稀酸溶液中。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0022] 具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤二中将水玻璃加入到稀酸溶液中使混合溶液的pH值为2.3～3.2。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0023] 具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤二中将水玻璃加入到稀酸溶液中使混合溶液的pH值为2.8。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0024] 具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤二中控制反应温度为30℃～50℃。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0025] 具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤二中控制反应温度为40℃。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0026] 具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤二中反应时间为3～8h。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0027] 具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤二中反应时间为5h。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0028] 具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤三中在40℃～60℃、搅拌速度为250～350r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到稀酸溶液中。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0029] 具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤三中在50℃、搅拌速度为300r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到稀酸溶液中。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0030] 具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤三中15～25min后再加入步骤二制得的活化硅酸。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0031] 具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤三中20min后再加入步骤二制得的活化硅酸。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0032] 具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤三中加入活化硅酸后以120～180r/min的速度搅拌40～50min。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0033] 具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤三中加入活化硅酸后以150r/min的速度搅拌45min。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0034] 具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤三中搅拌后静置6～20h。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0035] 具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤三中搅拌后静置10～16h。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0036] 具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤三中搅拌后静置13h。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0037] 具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤一中的稀酸溶液的溶质为硫酸，稀酸溶液的浓度为30％～40％。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0038] 用本事实施方式方法制备的聚硅铁混凝剂处理松花江水，投放量为0.21mmol/L，投放40min后，测定水的浊度为0.67，CODMn的去除率为60.4％，UV254的去除率为85.4％。处理过程中不需要对水进行升温。

[0039] 处理前的松花江水的水温为15℃，pH值为7.34，浊度为13.52NTU，CODMn值为7.18mg/L，UV254值为0.145mg/L。

[0040] 具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤一中步骤一中的稀酸溶液的溶质为盐酸，稀酸溶液的浓度为25％～45％。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0041] 用本事实施方式方法制备的聚硅铁混凝剂处理松花江水，投放量为0.21mmol/L，投放40min后，测定水的浊度为0.65，CODMn的去除率为65.8％，UV254的去除率为85.6％。处理过程中不需要对水进行升温。

[0042] 处理前的松花江水的水温为15℃，pH值为7.34，浊度为13.52NTU，CODMn值为7.18mg/L，UV254值为0.145mg/L。

[0043] 具体实施方式二十八：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：步骤一中步骤一中的稀酸溶液的溶质为乙酸，稀酸溶液的浓度为35％。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。

[0044] 用本事实施方式方法制备的聚硅铁混凝剂处理松花江水，投放量为0.21mmol/L，投放40min后，测定水的浊度为0.35，CODMn的去除率为74.3％，UV254的去除率为92.1％。处理过程中不需要对水进行升温。

[0045] 处理前的松花江水的水温为15℃，pH值为7.34，浊度为13.52NTU，CODMn值为7.18mg/L，UV254值为0.145mg/L。

[0046] 具体实施方式二十九：本实施方式聚硅铁混凝剂的制备方法按照如下步骤进行：一、按重量百分比分别称取50％的水玻璃、15％的稀酸溶液、30％的硫酸亚铁和5％的氯酸钠；二、在500r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到一部分的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值为3.0，然后停止搅拌并控制反应温度为40℃，反应4h后，制得活化硅酸；三、在50℃、搅拌速度为300r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中，20min后再加入步骤二制得的活化硅酸，然后以150r/min的速度搅拌40min，再静置4h；即得到聚硅铁混凝剂；步骤一中的稀酸溶液的溶质为乙酸，稀酸溶液的浓度为35％。

[0047] 本实施方式步骤一水玻璃中二氧化硅的质量浓度为8％。

[0048] 用本实施方式制备的聚硅铁混凝剂和现有聚合氯化铝混凝剂处理松花江水(松花江水的水温为15℃，pH值为7.34，浊度为13.52NTU，CODMn值为7.18mg/L，UV254值为0.145mg/L)，投放量均为0.06mmol/L，处理后的对比曲线如图1所示，从图1中可以看出本实施方式制备的聚硅铁混凝剂处理污水的能力在30分钟后明显好于现有聚合氯化铝混凝剂。

[0049] 用本实施方式制备的聚硅铁混凝剂和现有聚合氯化铝混凝剂处理松花江水(松花江水的水温为15℃，pH值为7.34，浊度为13.52NTU，CODMn值为7.18mg/L，UV254值为0.145mg/L)，投放量均为0.18mmol/L，处理后的对比曲线如图2所示，从图2中可以看出本实施方式制备的聚硅铁混凝剂处理污水的能力明显好于现有聚合氯化铝混凝剂。