一种共价键型硅钛絮凝剂及制备方法和应用

摘要

本发明涉及一种共价键型硅钛絮凝剂及制备方法和应用。本发明杂化絮凝剂通过硅烷偶联剂Y‑R‑Si‑(R’)n(OR”)(3‑n)、钛盐溶液、溶剂混合，在室温下高速搅拌将碱溶液缓慢滴加到混合溶液中进行共聚，再经过室温熟化得到无色透明产品，其中R、R’、R”分别为碳数为1‑20的烷基，Y为功能基团。本发明的优点：操作方法简单，产品生成重现性好，混凝沉降速率快，投加量少，对含腐殖酸氮磷模拟废水、城市污水中的天然有机污染物、NO3‑N、TP的絮凝性能优异，降低出水氮磷含量，具有很好的推广应用价值。

权利要求

1.一种共价键型硅钛絮凝剂，其特征在于：通过以下步骤制得：步骤1，将硅烷偶联剂Y‑R‑Si‑(R’)n(OR”)(3‑n)、钛盐与溶剂混合，其中R、R’、R”分别为碳数为1‑20的烷基，Y为功能基团；

步骤2，在室温下快速搅拌并缓慢滴加碱溶液，形成混合溶液；

步骤3，将混合溶液静置熟化后，即得共价键型杂化硅钛絮凝剂；

所述硅烷偶联剂Y‑R‑Si‑(R’)n(OR”)(3‑n)为三甲基[3‑(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵、γ‑氨丙基三乙氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷中的一种；所述钛盐为四氯化钛、硫酸钛或异丙醇钛中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种共价键型硅钛絮凝剂，其特征在于：所述溶剂为去离子水；所述碱溶液为NaOH溶液、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液中的一种。

3.根据权利要求2所述的一种共价键型硅钛絮凝剂，其特征在于：所述混合溶液中Si/Ti摩尔比为0.01～1.0；所述碱溶液的碱化度即氢氧根与钛离子摩尔比为0～2.0。

4.根据权利要求3所述的一种共价键型硅钛絮凝剂，其特征在于：所述步骤3中熟化的时间为12h～48h。

5.根据权利要求4所述的一种共价键型硅钛絮凝剂，其特征在于：得共价键型杂化硅钛絮凝剂的总钛浓度为0.2mol/L，pH为2.0～5.0。

6.一种如权利要求1‑5任意一项所述共价键型硅钛絮凝剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，将硅烷偶联剂Y‑R‑Si‑(R’)n(OR”)(3‑n)、钛盐与溶剂混合，其中R、R’、R”分别为碳数为1‑20的烷基，Y为功能基团；

步骤2，在室温下快速搅拌并缓慢滴加碱溶液，形成混合溶液；

步骤3，将混合溶液静置熟化后，即得共价键型杂化硅钛絮凝剂。

7.根据权利要求6所述的一种共价键型硅钛絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂Y‑R‑Si‑(R’)n(OR”)(3‑n)为三甲基[3‑(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵、γ‑氨丙基三乙氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷中的一种；所述钛盐为四氯化钛、硫酸钛或异丙醇钛中的一种；所述溶剂为去离子水；所述碱溶液为NaOH溶液、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液中的一种。

8.根据权利要求7所述的一种共价键型硅钛絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述混合溶液中Si/Ti摩尔比为0.01～1.0；所述碱溶液的碱化度即氢氧根与钛离子摩尔比为0～

2.0。

9.根据权利要求8所述的一种共价键型硅钛絮凝剂的制备方法，其特征在于：所述步骤

3中熟化的时间为12h～48h；得共价键型杂化硅钛絮凝剂的总钛浓度为0.2mol/L，pH为2.0～5.0。

10.如权利要求1所述的一种共价键型硅钛絮凝剂的应用，其特征在于：用于含腐殖酸、氮磷废水净化和城市污水处理过程。

说明书

一种共价键型硅钛絮凝剂及制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于城市污水处理用絮凝剂的技术领域，具体涉及一种共价键型硅钛絮凝剂及制备方法和应用。

背景技术

[0002] 随着人们生活水平的提高，水质健康得到人们越来越广泛的关注。城市污水中的一些污染物，如氮、磷、天然有机污染物等在污水处理过程中不能被完全去除。含氮污染物
+ ‑ 3‑
主要以NH4 、NO3的形式存在，含磷污染物主要以PO4 的形式存在，这些污染物排入水体之
后，将会引起水体的富营养化，造成水域污染。

[0003] 絮凝沉降法因工艺简单、操作方便、经济高效，被广泛应用于城市污水的预处理和深度处理过程中。絮凝剂是絮凝沉降法的核心，絮凝剂的种类、性能、选择直接影响到絮凝
效果和运行成本。目前，水处理工艺中常用的金属混凝剂主要分为铝系混凝剂和铁系混凝
剂两大类，在城市污水混凝处理中存在使用量大、对氮磷和DOC去除率不高、协同作用不明
显、易受温度水质波动影响等缺点，效果不能令人满意。与常规的铝铁混凝剂相比，钛不仅
储量丰富、对人体无害、在水中残留量少，因其较优良的除浊及脱色效果，被作为一种新型
的水处理絮凝剂。经过改性的共价键型有机硅钛复合絮凝剂是在硅钛复合絮凝剂的基础上
发展起来的新型絮凝剂，采用硅烷偶联剂代替硅酸钠与无机钛盐共聚制得。该絮凝剂通过
硅烷偶联剂将高分子絮凝剂的无机和有机组分以共价键结合在一起，更好地综合了无机和
有机絮凝剂各自的优点，比常规的无机硅钛絮凝剂具有更高的电中和能力、更高的稳定性
和更强的吸附架桥能力，且对水中的氮磷以及有机污染物有更强的去除能力。

发明内容

[0004] 针对上述问题本发明提供了一种共价键型硅钛絮凝剂及制备方法和应用。

[0005] 为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

[0006] 一种共价键型硅钛絮凝剂，通过以下步骤制得：

[0007] 步骤1，将硅烷偶联剂Y‑R‑Si‑(R’)n(OR”)(3‑n)、钛盐与溶剂混合，其中R、R’、R”分别为碳数为1‑20的烷基，Y为功能基团；

[0008] 步骤2，在室温下快速搅拌并缓慢滴加碱溶液，形成混合溶液；

[0009] 步骤3，将混合溶液静置熟化后，即得共价键型杂化硅钛絮凝剂。

[0010] 进一步，所述硅烷偶联剂Y‑R‑Si‑(R’)n(OR”)(3‑n)为三甲基[3‑(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵、γ‑氨丙基三乙氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷中的一种；所述钛盐为四氯化钛、
硫酸钛或异丙醇钛中的一种；所述溶剂为去离子水；所述碱溶液为NaOH溶液、Na2CO3溶液、
NaHCO3溶液中的一种。

[0011] 进一步，所述混合溶液中Si/Ti摩尔比为0.01～1.0；所述碱溶液的碱化度即氢氧根与钛离子摩尔比为0～2.0。

[0012] 进一步，所述步骤3中熟化的时间为12h～48h。

[0013] 进一步，得共价键型杂化硅钛絮凝剂的总钛浓度为0.2mol/L，pH为2.0～5.0。

[0014] 一种共价键型硅钛絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：

[0015] 步骤1，将硅烷偶联剂Y‑R‑Si‑(R’)n(OR”)(3‑n)、钛盐与溶剂混合，其中R、R’、R”分别为碳数为1‑20的烷基，Y为功能基团；

[0016] 步骤2，在室温下快速搅拌并缓慢滴加碱溶液，形成混合溶液；

[0017] 步骤3，将混合溶液静置熟化后，即得共价键型杂化硅钛絮凝剂。

[0018] 进一步，所述硅烷偶联剂Y‑R‑Si‑(R’)n(OR”)(3‑n)为三甲基[3‑(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵、γ‑氨丙基三乙氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷中的一种；所述钛盐为四氯化钛、
硫酸钛或异丙醇钛中的一种；所述溶剂为去离子水；所述碱溶液为NaOH溶液、Na2CO3溶液、
NaHCO3溶液中的一种。

[0019] 进一步，所述混合溶液中Si/Ti摩尔比为0.01～1.0；所述碱溶液的碱化度即氢氧根与钛离子摩尔比为0～2.0。

[0020] 进一步，所述步骤3中熟化的时间为12h～48h；得共价键型杂化硅钛絮凝剂的总钛浓度为0.2mol/L，pH为2.0～5.0。

[0021] 一种共价键型硅钛絮凝剂的应用，用于含腐殖酸、氮磷废水净化和城市污水处理过程。

[0022] 与现有技术相比本发明具有以下优点：

[0023] (1)本发明工艺方法均在室温下进行，操作简单；(2)共价键杂化硅钛絮凝剂的有机组分硅烷偶联剂与无机组分钛盐之间水解缩聚通过Si‑O‑Ti相连，实现了有机组分、无机
组分共价键形式的复合；(3)共价键杂化硅钛絮凝剂分子中的硅与钛金属离子分布更均匀，
产品重现性良好；(4)共价键杂化硅钛絮凝剂去除浊度、去除腐殖酸、去除城市污水中污染
物特别是氮磷、有机污染物效果良好。

附图说明

[0024] 图1是实施例4制备共价键杂化硅钛絮凝剂的傅里叶红外谱图

具体实施方式

[0025] 制备实施例1

[0026] 按照Si/Ti摩尔比为0.05，取100.0mL浓度为0.25mol/L的Ti(SO4)2溶液、0.00125mol三甲基([3‑(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵)、12.5mL去离子水到三口烧瓶中，室
温下搅拌混合均匀。然后室温下，500r/min搅拌4h，缓慢滴加12.5mL浓度为1mol/L的NaHCO3
溶液至碱化度B为0.5。所得溶液静置熟化48h待反应完全后，即得总钛浓度为0.2mol/L的絮
凝剂。

[0027] 制备实施例2

[0028] 按照Si/Ti摩尔比为0.1，取25.0mL浓度为1.0mol/L的TiCl4溶液、0.0025molγ‑氨丙基三乙氧基硅烷、75.0mL去离子水到三口烧瓶中，室温下搅拌混合均匀。然后室温下快速
搅拌，缓慢滴加25.0mL浓度为0.5mol/L的NaOH溶液至碱化度B为0.5。所得溶液静置熟化24h
待反应完全后，即得总钛浓度为0.2mol/L的絮凝剂。

[0029] 制备实施例3：

[0030] 按照Si/Ti摩尔比为0.2，取50.0mL浓度为0.5mol/L的Ti(SO4)2溶液、0.005mol三甲基([3‑(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵)、75.0mL去离子水到三口烧瓶中，室温下搅拌混合均
匀，所得溶液静置熟化24h待反应完全后，即得碱化度B为0，总钛浓度为0.2mol/L的絮凝剂。

[0031] 制备实施例4：

[0032] 按照Si/Ti摩尔比为0.4，取25.0mL浓度为1.5mol/L的TiCl4溶液、0.015mol三甲基([3‑(三乙氧基硅基)丙基]氯化铵)、125.0mL去离子水到三口烧瓶中，室温下搅拌混合均
匀。然后室温下快速搅拌，缓慢滴加37.5mL浓度为0.75mol/L的Na2CO3溶液至碱化度B为1.5。
所得溶液静置熟化36h待反应完全后，即得总钛浓度为0.2mol/L的絮凝剂。

[0033] 制备实施例5：

[0034] 按照Si/Ti摩尔比为0.8，取25.0mL浓度为2.0mol/L的TiCl4溶液、0.025molγ‑氨丙基三乙氧基硅烷、175.0mL去离子水到三口烧瓶中，室温下搅拌混合均匀。然后室温下快
速搅拌，缓慢滴加50mL浓度为2.0mol/L的NaOH溶液至碱化度B为2。所得溶液静置熟化48h待
反应完全后，即得总钛浓度为0.2mol/L的絮凝剂。

[0035] 应用实例1：

[0036] 将制备实施例3所得共价键杂化硅钛絮凝剂应用于高岭土‑腐殖酸‑氮磷混合液的絮凝处理，对浊度、UV254、DOC、NO3‑N、TP去除率为99.4％、99.1％、87.8％、24.9％、98.2％。
将制备实施例2所得共价键杂化硅钛絮凝剂应用于城市污水生化出水的絮凝处理，对浊度、
UV254、DOC、NO3‑N、TP的去除率达到91％、82％、64％、21％、87％。絮凝剂可以稳定储存1个月
以上。

[0037] 应用实例2：

[0038] 将制备实施例4所得共价键杂化硅钛絮凝剂应用于高岭土‑腐殖酸‑氮磷混合液的絮凝处理，浊度去除率为对浊度、UV254、DOC、NO3‑N、TP去除率为99.5％、99.3％、88.3％、
29.2％、99.1％。将制备实施例4所得共价键杂化硅钛絮凝剂应用于焦化废水生化出水的絮
凝处理，对浊度、UV254、DOC、NO3‑N、TP去除率为93.5％、60.3％、39.3％、22.2％、87.1％。

[0039] 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本
发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来
讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显
而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。