（环境科学专业论文）聚合氯化铝亚铁混凝剂基础与应用研究.pdf

权状形态，枝权细长而松散，形貌不规整，尺寸不均匀；c p a f ( f e 2 + ) 的聚集 体形貌随着a 1 3 + f e 2 + 比的减小，逐渐变得粗短紧实，形貌规整，尺寸较大且 均匀，预期其具有良好的混凝性能。 ( 4 ) 高岭土模拟水样的浊度去除实验表明：c p a f ( f e 2 + ) 系列样品中，稳 ( a 1 3 + ) ：刀( f e 2 + ) - - - 9 ：1 ，b = 2 0 的样品的混凝性能较好，c p a f ( f e 2 + ) 的最佳 投加量为o 5 m m o l l ，且适用p h 的范围为6 9 之间，在p h = 7 时的浊度去 除率达到最大( 9 8 5 9 ) 。残余铝测试实验研究表明：c p a f ( f e 2 + ) 的混凝性 能优于p a c ，且残余铝与浊度的去除率具有相关性，浊度的去除率越大， 水体中残余铝的含量越小，用c p a f ( f e 2 + ) 作为混凝剂处理模拟水样时，在 最佳混凝条件下，残余铝可达到0 0 7 9 m g l ；p h 值对模拟水样残余铝的影 响与对浊度去除率的影响一致。 ( 5 ) 制浆造纸废水混凝处理结果表明：对于二沉池出水，c p a f ( f e z + ) 的混凝效果明显优于p a c ，且絮体沉降速度快。一沉池进水和出水的混凝 处理，p a c 优于c p a f ( f e 2 + ) 。印染综合废水混凝处理结果表明：与p a c 、 c p a f ( 聚合氯化铝铁) 相比，c p a f ( f e 2 1 具有良好的脱色性能，解决了高铁 的c p a f 残余色度大的问题。 ( 6 ) 本文认为对高浓度废水混凝处理，混凝剂分子所带电荷是决定混 凝效果的主要因素；对低浓度废水混凝处理，混凝剂粒径大小是决定混凝效 果的主要因素。 关键词：混凝剂，聚合氯化铝亚铁，制备，应用 s t u d yo nf u n d a m e n t a l t h e o r y a n d a p p l i c a t i o no fp o l y m e r i c a l u m i n u mf e r r o u sc h l o r i d e c o a g u l a n t s a b s t r a c t c o a g u l a t i o ni so n eo ft h em o s tb a s i cp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yi nt h et r e a t m e n t o ft h em u n i c i p a lw a t e rs u p p l y , m u n i c i p a ls e w a g ea n dt h ei n d u s t r i a le m u e n t s t h e k e yf a c t o rt ot h et r e a t m e n te f f e c ti st h ec o a g u l a n t s c u r r e n t l yt h er e s e a r c ho ft h e c o - p o l y m e r i z e da l u m i n u m - f e r r i cc o a g u l a n ti sf o c u s e do nu s i n gf e 3 + a n da 1 3 + t o p o l y m e r i z e ，a st h ed i f f e r e n c eb e t w e e nf e 3 + a n da 1 3 + i nh y d r o l y s i sr a t ea n d s t m c t l l r e ，i t sc o o r d i n a t i v ep o l y m e r i z a t i o np e r f o r m a n c ei sp o o r i ti sf o rs u c ha p u r p o s e ，a c c o r d i n g t oo u r w o r k g r o u p sv i e w p o i n t t h a tt h ec o o r d i n a t i v e p o l y m e r i z a t i o np e r f o r m a n c eo fc o m p l e xi o nm o n o m e r sf o r m e db ym e t a li o n s h y d r o l y s i si sd o m i n a t e db yi t si o np o t e n t i a l ，t h es t u d yu s e da 1 3 + a n df e 2 + t o c o p 0 1 y m e r i z ef o rt h e yh a v es i m i l a ri o np o t e n t i a l u s i n gs y n t h e t i cp r o c e s so f o r g a m cp o l y m e rf o rr e f e r e n c e ，c o p o l y m e r i z e da l u m i n u m f e r r o u s c o a g u l a n t ( p o l y m e r i ca l u m i n u m f e r r o u sc h l o r i d e ) w a sp r e p a r e d b yu s i n g a l u m i n u m c h l o r i d ea n dh i g hq u a l i t yw a s t el i q u o r ( w l ) f r o ms t e e l c l e a n i n gi nh y d r o c h l o r i c a c i d 砀es i z ea n dz e t ap o t e n t i a lo fp a r t i c l ew e r em e a s u r e db ym e a n so fl a s e r s c a t t e r i n g ，a n dl t ss t r u c t u r ew e r ec h a r a c t e r i z e db yx r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) a n d i n f r a r e ds p e c t r u m ( i r ) ，h e r e b yw h i c hc a nt e s tt h ec o r r e c t n e s so ft h i sv i e w p o i n t f u r t h e ra n dd or e s e a r c hi nt h ep o l y m e r i z a t i o nm e c h a n i s mp r e l i m i n a r y ；t h e a p p l i c a b l ep r o p e r t i e sw e r ef i x e db yp e r f o r m a n c e a n a l y s i sa n da p p l i c a t i o n e x p e r i m e n t r n 一一 1 h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r em a d e a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c hi nt h i sp a p e r ( 1 ) n e t e s tr e s u l to fp a r t i c l es i z ew i t hl a s e rs c a t t e r i n gi s ：t h ep a r t i c l es i z e o fc p a f ( f e z 十) i sb i g g e rt h a np a c ，t h ep a r t i c l es i z eo f c p a f ( f e 2 + ) p r e s e n t st h e t r e n do f d e s c e n d i n gg e n e r a l l ya l o n gw i t ht h er e d u c t i o no fm o l er a t i oo fa 1 3 + f e 2 + a n dt h es e q u e n c eo f p a r t i c l es i z eo f t h r e ec p a f ( f e z + ) i s b ( 2 5 ) b ( 2 o ) b ( 1 5 ) ， t h ec o r r e c t n e s so fo u rw o r k g r o u p sv i e wt h a tt h ec o o r d i n a t i v ep o l y m e r i z a t i o n i i i p e r f o r m a n c eo fc o m p l e xi o nm o n o m e r sf o r m e db ym e t a li o n sh y d r o l y s i si s d o m i n a t e db yi t si o np o t e n t i a lw a sv e r i f i e df u r t h e r m e a s u r i n go fz e t ap o t e n t i a l p r o v e st h a t ，t h ez e t ap o t e n t i a lo f p a ci sb i g g e rt h a nc p a f ( f e 2 + ) o b v i o u s l y ，b u t t h er e l a t i v i t yo fz e t ap o t e n t i a lo f c p a f ( f e 什) w i t hr a t i oo fa 1 3 十f e 计i su n o b v i o u s t h e r e b yw h i c hp r o v e st h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fz e t ap o t e n t i a lf o r m e di nw a t e r s y s t e mb yi n o r g a n i cp o l y m e rf l o c c u l a n ta r ec o m p l e x ( 2 ) t l l e r e s u l to fx r di s ：t h e c r y s t a l l i n ep h a s e o f c p a f ( f e 2 + ) ( a 1 + f e z 十：= 9 ：1 ) i s t h em o s tc o m p l e xi nt h et h r e es e l f m a d ec p a f ( f e 2 + ) ( a l j w e 计- - 9 ：1 ，7 ：3 ，5 ：5 ) ，w h i c hm a i n l yd e t e c t e dt h ef e a t u r e sd i f f r a c t i o np e a k o fn a c l 0 3 、f e c l 2 12 h 2 0 、f e c l 2 14 h 2 0 ，o t h e r w i s en od i f f r a c t i o np e a ko f s u b s t a n c ec o n t a i n i n ga l u m i n u mh a sb e e nt e s t e d ，i na d d i t i o n ，t h et h r e ex r d s p e c t r u mp r e s e n tc r y s t a lc h a r a c t e r i s t i c st h a tw e r en o td e t e c t e d c o m p a r e dw i t h i rs p e c t r u mo fp a c 、p f c ，i tw a sc o n c l u d e dt h a tt h e r ei sc h a r a c t e r i s t i cp e a ko f f e - o h - a ls t r u c t u r eb e f o r e9 7 6 c m - 1i nt h es p e c t r u mo fc p a f ( f e 2 1 ，t h a ti s ， c o p o l y m e r i z a t i o no c c u r r e df r o mf e 什a n da 1 ”f r o mt h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s b yx r da n di r , i ts u g g e s t e dt h a tc o p o l y m e r i z a t i o no c c u r r e db e t w e e nf e z + a n d a l ”i nm ec p a f ( f e z 十) a t t a i n e df r o mt h i sp a p e r ss y n t h e t i cp r o c e s s ，f o r m i n g f e 一0 h - a ls t r u c t u r ei n s t e a do fp h y s i c a lm i x ( 3 ) m o r p h o l o g yc h a r a c t e r i s t i co fs e r i e so fs e l f r n a d ep a c 、c p a f ( f e 2 + ) ：i n p a cc o n g e r i e s ，t h e i rt w i g sa r es l e n d e ra n dl o o s e ，u n t i d ya n di r r e g u l a ri ns i z e ； t h ea p p e a r a n c eo fc p a f ( f e z 十) c o n g e r i e sc h a n g e dg r a d u a l l yt ot u b b i n e s sa n d c o m p a c t i o n ，r e g u l a ra n dt i d y , a n dh a su n i f o r ms i z ea l o n gw i t ht h er e d u c t i o no f t h em o l er a t i oo fa 1 5 w e 2 + ，w h i c ha n t i c i p a t e dt h a tc p a f ( f e 2 + ) w i l lh a v eag o o d c o a g u l a t i o np e r f o r m a n c e ( 4 ) t h ee x p e r i m e n to ft u r b i d i t yr e m o v a lw i t hk a o l i ns u s p e n s i o ns u g g e s t e d t h a t ，i nt h es e r i e so fc p a f ( f e z + ) s a m p l e s ，t h es a m p l ew i t ht h ebo f2 0a n dt h e m o l er a t i oo fn ( a 1 j 3 ：n ( f e z 十) ：9 ：1h a sab e t t e rc o a g u l a t i o np e r f o r m a n c e ，w h o s e o p t i m a ld o s a g ei so 5 m m o l la n da p p l i c a b l ep hr a n g ei s6 9 ，1 1 1 eb e s tr e m o v a l r a t i o no f t u r b i d i t yw a s9 8 5 9 u n d e rt h eo p t i m a lp ho f7 t h et e s t i n ge x p e r i m e n t o fr e s i d u a la l u m i n u ms u g g e s t e dt h a t ，t h ec o a g u l a t i o np e r f o r m a n c eo fc p a f ( f e 2 + ) i ss u p e r i o rt op a ca n dt h ec o n c e n t r a t i o no fr e s i d u a la l u m i n u mi sr e l a t e dt ot h e r e m o v a lo ft u r b i d i t y , t h el a g e rt h er e m o v a l i s ，t h es m a l l e rt h ec o n c e n t r a t i o ni s 帆e nt r e a t i n gt h ek a o l i n s u s p e n s i o n w i t hc p a f ( f e z + ) u n d e rt h e o p t i m a l i v c o n d i t i o n ，t h ec o n c e n t r a t i o no fr e s i d u a la l u m i n u mc a l lr e a c ht o0 0 7 9m d l a t t h es a m et i m e ，t h ep hv a l u ec a na l s oa f f e c tt h ec o n c e n t r a t i o no fr e s i d u a l a l u m i n u m ，w h i c hi sc o r r e s p o n dt ot h ee f f e c to ft h er e m o v a lo ft u r b i d i t y ( 5 ) t h ec o a g u l a t i o ne x p e r i m e n to fp u l pa n dp a p e rw a s t e w a t e rs h o w s ：t h e t r e a t m e n te f f e c to ft h ec p a f ( f e z lc o a g u l a n tf o rt h ee f f l u e n to fs e c o n d a r y s e d i m e n t a t i o nt a n ki sb e a e rt h a np a c a n dt h es e d i m e n t a t i o nv e l o c i t yo ft h ef l o c i sh i 曲e r ；f o rt h ei n f l o wa n de f f l u e n to fp r i m a r ys e d i m e n t a t i o nt a n k ，p a ci s s u p e r i o rt oc p a f t h ec o a g u l a t i o nt r e a t m e n te x p e r i m e n to ft h ep r i m i n ga n d d y e i n gc o m p r e h e n s i v ew a s t e w a t e rs h o w st h a t ，c o m p a r e dt op a ca n dc p a f ， c p a f ( f e 2 + ) h a sag o o dp e r f o r m a n c eo fc h r o m a t i c i t yr e m o v a l ，w h i c hs o l v e dt h e p r o b l e mo f t h ec p a f sr e s i d u a lc o l o r i t y ( 6 ) i nt h i sp a p e r , i tc a nb ec o n c l u d e dt h a t ，f o rt h ec o a g u l a t i o nt r e a t m e n to f h i 曲c o n c e n t r a t i o nw a s t e w a t e r , t h ec h a r g ef r o mc o a g u l a n tm o l e c u l ei st h em a i n f a c t o rd e c i d i n gt h ec o a g u l a t i o np e r f o r m a n c e b u tt h es i z ei st h em a i nf a c t o rf o r l o wc o n c e n t r a t i o nw a s t e w a t e r k e yw o r d s ：c o a g u l a n t s ，p o l y m e r i ca l u m i n u m f e r r o u sc h l o r i d e ，p r e p a r a t i o n ， a p p l i c a t i o n v 聚合氯化铝亚铁混凝剂基础与应用研究 混凝是从水中去除微小悬浮物及胶体颗粒物质从而实现固液分离的基本方法，既是 最古老的水处理工艺技术，又是当今应用最广泛、最成熟的水处理工艺之一【1 ，】。对于国 内外的水法冶金、石化、钢铁、造纸、纺织、印染、酿造、食品等行业的废水处理，使 用混凝法的约占5 5 7 5 ，而自来水工业几乎全部是混凝法f 4 】。它既可以去除原水的浊度 和色度等感官指标，又可以去除呈胶体的污染物、某些重金属毒物( 汞、镉) 等；可以 自成独立的处理系统，又可以与其它处理方法联用；既可以用于废水的预处理、中间处 理，又可以用于废水的深度处理。混凝效果的好坏对后续流程的运行状况、出水水质及 运行费用有着决定性的影响，因此它是水处理中重要的研究开发领域1 5 - 6 j 。 混凝剂是混凝过程的核心，其种类、性质的好坏是影响混凝处理效果的关键因素。 混凝剂主要分为无机混凝剂、有机混凝剂及微生物混凝剂。在混凝剂研究开发方面，正 是由于无机高分子混凝剂比传统混凝剂具有适应性强、无毒、相对价廉且可成倍提高效 能等优点，近年已得到了广泛重视。 聚合氯化铝( p a c ) 被称为7 0 年代划时代的混凝剂，其较好的混凝性能、低廉的价 格、宽泛的使用条件使其具有“万能混凝剂 之美誉，然而p a c 处理水之后的残余铝问 题一直备受争议。于是在铁盐与铝盐相似的混凝机理的启迪下，人们设想并开发了铁系 无机高分子混凝剂，聚合硫酸铁( p f s ) 就是其中一种。p f s 与p a c 相比，最为突出的 优点在于铁是重质金属，混凝之絮体沉降快，混凝效果好，被处理后的水不会残留生物 毒害物质，但由于其残余色度较高，使得色度问题一直制约着p f s 的发展。鉴于上述几 种混凝剂的特性，研发更加高效的新型无机复合型混凝剂成为水质净化药剂发展的必然 方向i 删，聚合氯化铝亚铁复合混凝剂理念便由此产生。 1 2 无机高分子混凝剂 无机高分子混凝剂是2 0 世纪6 0 年代在传统的铁盐、铝盐基础上发展起来的一类新 型混凝剂，可以分成两大类，一类是简单无机高分子混凝剂，包括聚铝类和聚铁类；一 类是复合无机高分子混凝剂，主要是含硅铝铁复合混凝剂和不含硅铝铁复合混凝剂。具 体分类如表1 1 。 陕西科技大学硕士学位论文 表1 1 无机高分子混凝剂的品种 t a b 1 1t h et y p i c a lo f i n o r g a n i cp o l y m e rc o a g u l a n t 类型 名称 聚合氯化铝( p a c ) ，聚合硫酸铝( p a s ) ，聚合磷酸铝( p a p ) ，聚合 聚铝类 硫酸氯化铝( p a c s ) 聚铁类聚合氯化铁( p f c ) ，聚合硫酸铁( p f s ) 、聚合磷酸铁( p f p ) 含硅铝铁复合类聚合硅酸铝( p s a ) ，聚合硅酸铁( p s f ) ，聚合硅酸铝铁( p s a f ) 聚合氯化铝铁( c p a f ) ，聚合硫酸铝铁( p a f s ) ，聚合磷酸铝铁( p a f p ) ， 不含硅铝铁复合类 聚合硫酸氯化铝铁( p a f c s ) 1 2 1 简单无机高分子混凝剂 a 聚铝类 聚铝类中目前广泛使用的是聚合氯化铝、聚合硫酸铝。国际上生产应用聚合氯化铝 最早的是苏联和日本，他们在6 0 年代就开展了该类混凝剂的生产实践，我国几乎也同时 起步，直到7 0 年代，聚合氯化铝也有了规模性的生产。聚合氯化铝( p a c ) ，又称碱式 氯化铝、羟基氯化铝，它是介于a i ( o h ) 3 和a i c l 3 之间的水解产物，其化学通式为 a 1 2 ( 0 h ) n c l 6 n 】m ( m 1 0 ，n = l - - - 5 ) 。p a c 通过m ( i i i ) 盐的水解一聚合产物对废水进行电性 中和、吸附架桥等作用，生成絮凝体来去除水中悬浮物和胶体微粒等。p a c 与传统铝盐 混凝剂相比，其优点在于投加量小，p h 适用范围更宽( 6 5 8 ) ，且形成矾花的速度快， 在低温下( t 1 0 ) 仍具有良好的混凝效果，且混凝效果是传统铝盐的2 - 一3 倍。生产 p a c 的工艺有：酸溶或碱溶法、一步法或两步法、凝胶法、常温常压或加温加压等。由 于我国资源短缺，常采用废弃原料生产p a c ，包括废铝灰酸溶和碱溶法、煤矸石综合利 用法、铝矾土矿石酸溶法、混加铝酸钙法等。柳怡等t 1 0 以废弃的包装铝塑材料和工业盐 酸为原料制备p a c ，将投料比1 ：2 ，温度为9 6 ，反应7 h 制得的p a c 处理合成污水， 浊度的去除率超过9 8 。景锋等【1 1 】用p a c 处理造纸白水时，c o d 和s s 的去除率都在8 5 以上，透光率更是达到了清水的程度。 b 聚铁类 由于铁盐和铝盐有相似的混凝机理，所以在聚铝混凝剂的研究启发下，聚铁混凝剂 的研发也开始兴起，特别是在铝类混凝剂存在残余毒性的问题被提出后，聚铁类混凝剂 越发引起人们关注。到目前为止，聚铁类虽然没有达到聚铝类那样广泛的应用，但也有 一定的发展和生产规模。 聚合硫酸铁( p f s ) 是较早研制成功的聚铁类混凝剂，也是研究比较成熟的混凝剂。 自日本研究者三上八州家在1 9 7 4 首次研制p f s 成功以来，陆续报道了聚铁混凝剂的研 制方法和应用。我国在2 0 世纪8 0 年代，以天津化工研究院、北京科技大学为首的几家 2 聚合氯化铝亚铁混凝剂基础与应用研究 科研单位，也首次成功合成了p f s 。p f s 是在硫酸铁分子族的网络结构中引入了羟基， 以o h 。架桥形成多核络离子，其组成可表示为 f e 2 ( o h ) n ( s 0 4 ) 3 哦】m ( n q ，m = f ( n ) ) 。溶 液中含有大量的聚合铁络合离子，能压缩双电层，降低c = 位，同时还兼有吸附架桥的作 用，使微粒聚集沉降。目前国内外生产p f s 的方法有很多种，主要是过氧化氢氧化法、 氯酸盐氧化法、硝酸氧化法、空气( 氧气) 催化氧化法、铁矿石酸溶氧化法等，无论采 用何种方法，都是控制刀( s 0 4 2 一) ：刀( f e ) 5 0 ；折叠式毛细管 样品池，标准操作程序。 2 3 6c p a f ( f e l 的形貌观测 样品配成w ：5 的溶液，滴到干净的载玻片上，低温( b ( 1 5 ) ，由于聚合度和粒径之间存在着正相关性，所以我们从粒径 来研究c p a f ( f e 2 + ) 的聚合度。虽然f e 2 + 和舢3 + 离子势相近，它们分别所形成的单体配离 子 f e ( o h ) 2 、 a i ( o h ) 2 + 的配位聚合性能相近，但还是f e 2 + 的离子势稍大一些，【f e ( o h ) 2 】 中中心体f e 2 + 对配体o h 。的的吸引力使得 f c ( o h ) 2 】配位聚合性能力稍小于 a i ( o h ) 2 + 配 位聚合能力，所以随着a 1 3 - f e 2 + 比的减小，c p a f ( f e 2 + ) 的粒径大体上呈现出递减的趋势。 因此，从粒径角度，进一步验证了本课题组的观点。 2 4 6c p a f ( f e 2 + ) i 簦jz e t a 电位 通过z e t a 电位的测量可以评估分散系统电荷的稳定性，并有助于表征稳定的产品， 是对颗粒间相互排斥或吸引力强度的度量。 从表2 - 4 可以看出，p a c 与c p a f ( f e 2 + ) 相比较而言，p a c 的z e t a 电位明显大于 c p a f ( f e 2 + ) ；而c p a f ( f e 2 + ) 的z e t a 电位与a 1 3 + f e 2 + 比相关性并不明显，无明显规律可循。 这也说明了无机高分子混凝剂在水系中形成的z e t a 电位影响因素的复杂性，到底是什么 因素造成了z e t a 电位的复杂性，这需要感兴趣的人们作出长期而又艰苦的探索。 表2 4c p a f ( f e 2 + ) 、p a c 的z e t a 电位 t a b 2 4z e t ao f c p a f ( f e 2 + ) 、p a c 陕西科技大学硕士学位论文 ( 5 ：5 ) 2 0 3 5 8 1 2 5) 4 9 4 注：c p a f ( f e 2 + ) ( 5 ：5 ) 表示，l ( a 1 3 + ) ：，l ( f e 2 + ) = 5 ：5 ，其余相同 2 4 7c p a f ( f e 2 + ) 的形貌 通过多媒体显微镜( x 4 0 0 倍) 观察到的碱化度均为2 的p a c 、c p a f ( f e 2 + ) 的形貌图 如下图所示。 图2 1 3p a c 的电镜形貌图 f i g 2 - 13e l e c t r o n - m i c r o s c o p ei m a g e so f p a c 图2 1 4c p a f ( f e 2 + ) ( a 1 3 + f e 2 + - - 9 ：i ) 的电镜形貌图 f i g 2 1 4e l e c t r o n - m i c r o s c o p ei m a g e so f w i t h a 1 3 + f e 2 + r a t i o9 ：1 聚合氯化铝亚铁混凝剂基础与应用研究 图2 1 5c p a f ( f e 2 + ) ( a 1 3 卯e 2 + = 7 ：3 ) 的电镜形貌图 f i g 2 1 5e l e c t r o n - m i c r o s c o p ei m a g e so f w i t ha 1 3 - ，f e 2 + r a t i o7 ：3 图2 - 1 6c p a f ( f e 2 + ) ( a 1 3 + f e 2 + - - 5 ：5 ) 的电镜形貌图 f i g 2 1 6e l e c t r o n m i c r o s c o p ei m a g e so f w i t ha 1 3 * f e 2 + r a t i o5 ：5 从上述图可以看出，p a c 聚集体呈现枝杈状形态，枝权( 枝权结构的出现可以推测 p a c 均聚时发生了支化，甚至发生了交联) 细长而松散，形貌不规整，尺寸不均匀； c p a f ( f e 2 + ) 的聚集体形貌随着烈3 + 佰e 2 + 比的减小，逐渐变得粗短紧实，形貌规整，尺寸 较大且均匀。电镜图片提供的这些直观信息表明，f e 2 + 和a 1 3 + 之间存在相互作用，发生 了共聚，所以与p a c 的形态结构大为不同。c p a f ( f e 2 + ) 往紧实型发展明显有利于它的稳 定，同时也有利于它在混凝时起更好的吸附架桥作用。这一现象与下边的应用试验得到 的c p a f ( f e z + ) 的混凝性能好于p a c 一致。 2 5 本章小结 ( 1 ) 基于本课题组提出的“金属离子水解生成金属配离子单体的配位聚合能力决定 2 7 陕西科技大学硕士学位论文 于离子势 的观点，采用离子势相近的a 1 3 + 、f e 2 + 进行共聚制备新型的无机复合混凝剂 - c p a f ( f e 2 + ) ，并将有机高分子聚合机理的相关理论应用于c p a f ( f e 2 + 1 的聚合研究。以优 质的钢铁盐酸酸洗废液和氯化铝为原料，分别按照一定的n ( a 1 3 + ) ：以( f e 2 + ) 摩尔比， 取定量f e 2 + 离子储备液和a 1 c 1 3 6 h 2 0 储备液，充分反应后，取样进行水解碱化度测定。 搅拌条件下，缓慢滴入定量的n a 2 c 0 3 ( 2 m o l l ) 溶液至一定的表观碱化度( b ) ，得到系 列c p a f 样品。 ( 2 ) 激光光散射粒测定结果为：c p a f ( f e 2 + ) 的粒径大于p a c ，随着a 1 3 + f e 2 + 比的减 小，c p a f ( f e 2 + ) 粒径大体上呈现出递减的趋势，且三种c p a f ( f e 2 + ) 的粒径大小顺序均为 b ( 2 5 ) b ( 2 0 ) b ( 1 5 ) ，进一步验证了本课题组提出“金属离子水解络合生成金 属配离子单体的配位聚合能力取决于金属离子的离子势”观点的正确性；z e t a 电位检测 表明，p a c 的z e t a 电位明显大于c p a f ( f e 2 1 ，而c p a f ( f e 2 + ) 的z e t a 电位与a 1 3 + f e 2 + 比 相关性并不明显，无明显规律可循，这也说明了无机高分子混凝剂在水系中形成的z e t a 电位影响因素的复杂性。 ( 3 ) x 一射线衍射法( x r d ) 的结果为：自制的c p a f ( f e 2 + ) ( a 1 3 + f e 2 + = 9 ：1 ，7 ：3 ， 5 ：5 ) 三个图谱中，a 1 3 + f e 2 + _ - 9 ：1 的结晶相最为复杂，主要检测出n a c l 0 3 、f e c l 2 1 2 h 2 0 2 、 f e c l 2 1 4 h 2 0 2 的特征衍射峰，未检测出含铝物质的衍射峰。此外三个图谱还呈现出未检 测出的明显的晶形特征；通过与p a c ，p f c 的红外图谱比对比，8 6 9 c m ( p f c ) 为 f e o h f e 的面内弯曲振动峰，9 7 6 c m 1 ( p a c ) 为a 卜o h a 1 的面内弯曲振动峰，在 c p a f ( f e l 中没有出现这两种特征峰，但在9 7 6 c m d 之前有一些小峰。综合x r d 衍射图 图谱分析以及红外图谱解析，说明本文采用的合成工艺所得到的c p a f ( f e 2 + ) 中f e 2 + 和 a 1 3 + 发生了共聚作用，形成了f 旷o h a l 结构，而不是物理混合。 ( 4 ) 自制的系列p a c 、c p a f ( f e 2 + ) 的形貌特征为：p a c 聚集体呈现枝权状形态， 枝权( 枝杈结构的出现可以推测p a c 均聚时发生了支化，甚至发生了交联) 细长而松散， 形貌不规整，尺寸不均匀；c p a f ( f e 2 + ) 的聚集体形貌随着a 1 3 协e 2 + 的减小，逐渐变得粗 短紧实，形貌规整，尺寸较大且均匀，预期其具有良好的混凝性能。 聚合氯化铝亚铁混凝剂基础与应用研究 3c p a f 的性能研究 3 1 混凝剂对模拟水样的混凝性能 3 1 1 混凝实验 a 模拟悬浊水的配制：称量1 6 9 高岭土溶于1 l 自来水中充分搅拌，静止3 0 m i n 后 留做混凝实验水样( 浊度1 2 6 7 9 n t u ，p h = 8 2 4 ) 。 b 实验步骤：准备好干净烧杯若干( 具体数量因实验所需研究投加量范围而异) ， 向每个烧杯中加入10 0 m l 上述模拟水样上清液，快速搅拌下投加混凝剂( 以舢3 + 、f e 2 + 摩尔总量计) l m i n 后，慢速搅拌反应1 0 m i n ，静置3 0 m i n 后于液面下5 c m 处取样测定剩 余浊度以及残余铝。此外，要另行调整水样p h 以做进一步测试。 3 1 2 分析检测 ac o d c ，的测定 。 重铬酸钾法：该法参照国家标准g b l l 9 1 4 8 9 水质化学需氧量的测定重铬酸盐法 【，l 。本标准适用于各种类型的含c o d 值大于3 0 m g l 的水样，对未经稀释的水样的测定 上限为7 0 0 m g l 。 b 浊度的测定 分光光度法：该法参照采用国家标准g b l 3 2 0 0 9 1 水质浊度的测定【叫。适用于 饮用水、天然水及高浊度水，最低检测浊度为3 度。 c 色度的测定 铂钻比色法：该法参照采用国家标准g b l l 9 0 3 8 9 水质色度的测定阳】。适用于 清洁水、轻度污染并略带黄色调的水。 d 悬浮物s s 的测定 重量法：该法参照国家标准g b l l 9 0 1 8 9 水质悬浮物的测定重量法 9 4 1 。本标准 适用于地面水、地下水，也适用于生活污水和工业废水中悬浮物的测定。 e 残余铝的测定【，5 】 在醋酸酒昔酸铵缓冲溶液中，铝试剂( 金黄色素三甲酸) 能与铝离子按1 ：1 的比例 生成红色络合物，该络合物在5 2 0 n m 波长处有最大吸收峰。 1 ) 试剂 醋酸一醋酸铵缓冲溶液：称取7 6 2 9 醋酸铵溶于2 0 0 m l 蒸馏水中，加3 m l 冰醋酸， 用蒸馏水冲稀至2 5 0 m l ，此溶液p h 值为4 0 - - 4 2 。铝试剂溶液o 1 ；抗坏血酸溶液 2 ；e d t a 溶液2 。 铝标准溶液：准确称取1 7 5 8 2 9 铝钾矾 k a i ( s 0 4 ) 2 1 2 h 2 0 溶于蒸馏水中，移入至 陕西科技大学硕士学位论文 1 0 0 0 m l 容量瓶中，加蒸馏水定容，此溶液l m l 含有o 1 0 m g 铝，将此溶液稀释1 0 倍， 即得到l m l 含有0 0 1 0 m g 铝的标准液。 2 ) 标准曲线的绘制 向8 个5 0 m l 比色管中分别加入铝标准溶液0 o o ，o 0 5 ，o 1 0 ，o 2 5 ，0 7 5 ，1 o o ，1 5 0 ， 2 5 0 m l ，再向各个管中加入抗坏血酸溶液2 0 m l ，摇匀，再加入缓冲溶液2 0 m l ，准确 加入2 0 m l 铝试剂溶液，加蒸馏水至刻度；摇匀后放置1 5 m i n ；在波长5 2 0 n m 处，以空 白作参比，测定标准系列溶液和水样的吸光度，绘制标准曲线( 见图3 1 ) ，并从标准曲 线上查出水样的残余铝。 图3 1 铝含量标准曲线 f i g 3 - 1a l u m i n u ms t a n d a r dc u r v e 3 1 3 结果与讨论 ac p a f ( f e 2 + ) 对模拟水的除浊性能 以高岭土模拟水样浊度去除率为指标，通过正交试验，考察系列c p a f ( f e 2 + ) 的最佳 工艺