中科大环保材料的合成与应用课件：絮疑剂（四）

以铂为阴极,铁(铝)为阳极,以Nafion117胺型SPE阴离子交换膜为隔膜,在饱和NaOH溶液中电解制备正六价的高铁酸盐絮凝剂(高铁/铝混凝剂).在酸性溶液中,FeO42-氧化还原电位高达1.9V,具有强氧化性,可使有机染料降解.分光光度法和重铬酸钾法分析结果表明,经高铁絮凝剂和高铁/铝混凝剂处理后,甲基橙等染料降解脱色效果明显,对染料废水CODCr的去除率可达60%.无机高分子絮凝剂:IPF聚合氯化铝(PAC)聚合铁(PFS)、铝铁共聚型无机高分子絮凝剂(PAFC)絮凝剂电解槽高铁制备电解槽如图1所示.以铂为阴极,铁为阳极,阴阳两极的表面积为6cm2,以饱和NaOH溶液为电解液,以Nafion117阴离子交换膜为隔膜(电解前将该膜浸泡于NaOH溶液中一昼夜,使OH-离子进入膜中,以置换出膜中的对离子).高铁酸盐FeO42-的浓度测定淀粉为指示剂,以电解液滴定酸性碘酒精溶液,当溶液从蓝色变为无色时为滴定终点.该氧化还原反应方程式如下:经高铁絮凝剂和高铁/Al(OH)3混凝剂处理后的CODCr去除率

以氯化铁和无水碳酸钠为原料,加入稳定剂Ｗ,采用共聚工艺合成了一系列不同碱化度(Ｂ)、不同ｎ(Ｗ)∶ｎ(Ｆｅ)的聚合氯化铁(简称ＰＦＣ)混凝剂。ＰＦＣ的制备

共聚法:

取一定量的ＦｅＣｌ3·6Ｈ2Ｏ固体于烧杯中配成一定浓度的溶液,按ｎ(Ｗ)∶ｎ(Ｆｅ)分别为0.04、0.08、0.12、0.15加入一定量的稳定剂Ｗ,然后加入Ｎａ2ＣＯ3至一定的Ｂ值,以制备出具有不同的ｎ(Ｗ)∶ｎ(Ｆｅ)和Ｂ值的ＰＦＣ,以ＰＦＣ(共)表示。制得产品的有效质量分数(按铁的总量ＦｅＴ的质量分数计)为9%左右。

无机阳离子聚合物主要通过电荷中和、吸附架桥和沉淀网捕三种作用来达到混凝除浊的目的,其中电荷中和及吸附架桥起主要作用。三种作用的综合能力越强,其混凝效果就越好。,

砷化镓晶片生产过程中,产生大量废水,其中主要污染物是悬浮状态的砷化镓微粒。本文以水玻璃为原料,合成了无机高分子聚合硅酸铁(PFSS),并用它对此类含砷废水进行了混凝处理。条件实验表明:在PFSS的铁硅比1∶(0.5～1)、熟化时间5～7d、使用量8～12mg/L、出水pH=6～8时,混凝效果较好,出水达到了GB8978-96的排放标准,且除砷效果优于常规混凝剂,用量较少,可作为一种新型无毒混凝剂推广使用。PFSS的制备

取一定量的水玻璃,用蒸馏水稀释成质量分数为2%～4%(以SiO2计)的溶液,放入带搅拌的烧杯中,调节转速120r/min,滴加质量分数为10%硫酸调pH至2.5～3.5。1h后,再用质量分数为10%的氢氧化钠调pH至某一值,微热,再加入一定量质量分数20%硫酸铁溶液,并控制pH值在某一范围内,1h后停止搅拌。熟化一定时间后,调至某一pH值,即得棕红色的液体PFSS。

实验结果表明,随PFSS用量的增加,砷的脱除效果明显变好。但用量大于14mg/L时,出水中砷含量的降低并不明显,且利用PFSS处理砷化镓废水的较优工艺条件为:混凝剂中铁硅比1∶(0.5～1)、熟化时间5～7d、使用量8～12mg/L、出水pH=6～8。在此条件下,出水中各项指标的测定值,完全符合排放标准。

通过与几种常用的铁系混凝剂比较表明PFSS除砷效果优于常规混凝剂,且用量较小。,PFSS处理此类废水有较强的pH适应性。

在聚合硫酸铁(PFS)制备的过程中,引进一定量的磷酸盐,制得了新型混凝剂聚合磷硫酸铁(PFPS),通过对比实,PFPS在除浊、除油方面的效果优于PFS,表明了PO3-4对聚合铁的混凝有显著的增效作用。PFPS的合成

取定量的Fe2(SO4)3置于反应器中,加入一定量的去离子水,配成[Fe3+]=3.0mol/L的溶液,搅拌使其完全溶解,按正交试验设计表1中的条件,在一定温度下加热一定时间后,加入定量的Na3PO4·12H2O,恒温继续反应40min,60℃下保温熟化一定时间,制得了红棕色液体产品,液体产品在50～60℃间烘干即可得固体产品。FPS的最佳制备条件是:聚合温度80℃,聚合时间1.5h,Fe3+/PO3-4摩尔比为12∶1,熟化时间6～12h。在此条件下合成的PFPS的碱化度为18.2%。PFPS与PFS除浊、除油的对比试验结果在相同条件下,PFPS的除油、除浊百分率均明显高于PFS,说明PO3-4对PFS有显著的增聚作用。复合碱式氯化铝混凝剂的合成及其性能

苏玉萍,王世铭,陈前火(福建师范大学化学系,福建福州350007)

在盐酸直接酸浸铝矾土制碱式氯化铝的基础上,聚合一定量的Fe和SO4,合成复合型碱式氯化铝,其Al2O3含量为10.2%～10.8%,Fe2O3含量为2.8%～4.0%,盐基度含量为64%～75%,硫酸根的含量小于3.5%.红外光谱分析和电镜观察结果表明,该复合型碱式氯化铝是一种含多核聚铁及聚铝与氯离子及硫酸根配位的新型无机高分子混凝剂.

铝矾土于马福炉中800℃焙烧2h以上,冷却后粉碎,过筛.在反应釜中加水,再逐步加入铝矾土,不断搅拌成糊状,并慢慢加入盐酸于1h左右加料完毕.通入高压蒸气,使反应釜中温度为110～115℃左右,蒸气压为0.1MPa,反应约1.5～2h,然后关闭蒸气阀,降温后将物料放入聚合反应池中.在另一反应罐中加入一定量氧化铁和适量水,再慢慢加入浓硫酸,低温下加热搅拌反应,使氧化铁溶解完全,把该溶液放入上述聚合反应池中.把上述两种物料在聚合反应池中充分搅拌混匀,逐步加水调pH至3～4左右,聚合4天.取样滤去沉渣即为液体产品.合成方法

PAFCS絮体比PAC絮体致密而大型化.可以认为,Fe3+与SO42-不是简单取代部分Al3+与Cl-进入PAC结构中,而是发生了重新组合,形成一种新的无机高分子混凝剂,

丝绸印染废水用FeSO、PAC+PAM及PAFCS处理的脱色率%

由于PAC产生的絮体细小松散,沉降速度慢,因而投加阳离子型PAM,从表3中可以看出,对于丝绸印染废水,三种混凝剂的脱色效果均不错,在相同的条件下,PAFCS的混凝效果优于硫酸亚铁及PAC+PAM.

以ＡｌＣｌ3、ＦｅＣｌ3、水玻璃和Ｎａ2ＣＯ3为原料,采用共聚与复合两种制备工艺,合成了具有不同碱化度(Ｂ)、不同Ｎ(Ａｌ)∶Ｎ(Ｆｅ)∶Ｎ(Ｓｉ)摩尔比的硅酸铝铁共聚物(简称ＰＡＦＳＣ),考查了产品的稳定性,然后通过Ｅ(Ｚｅｔａ)电位测定法分析了产品在其水解溶液中的带电情况,并通过混凝实验对共聚物的絮凝效果及机理进行了研究,通过对模拟水样的絮凝实验,并与传统的无机絮凝剂(ＰＡＣ)比较可以看出:在同样投加量情况下,ＰＡＦＳＣ处理的水具有更低的剩余浊度,这将有助于研制高效、稳定、价廉的无机高分子絮凝剂.聚合硅酸氯化铝铁混凝剂ＰＡＦＳＣ的制备方法1)复合法:

取一定量的ＡｌＣｌ3·6Ｈ2Ｏ、ＦｅＣｌ3·6Ｈ2Ｏ固体于烧杯中,配制成一定浓度和比例的溶液,加入一定量的Ｎａ2ＣＯ3粉末,混合搅拌,然后向溶液中加入一定量的新制备的聚硅酸.这种方法称为复合法,以ＰＡＦＳＣ(复)表示.2)共聚法:

取一定量的ＡｌＣｌ3·6Ｈ2Ｏ、ＦｅＣｌ3·6Ｈ2Ｏ固体于烧杯中,加入一定量新制备的聚硅酸,然后加入Ｎａ2ＣＯ3粉末,混合搅拌.此方法称为共聚法,以ＰＡＦＳＣ(共)表示.

聚硅酸的存在虽然降低了ＰＡＦＳＣ的电中和能力,但却能提高其吸附架桥能力和沉淀物卷扫能力,且后一种作用占优势,因此表现出更好的除浊效能聚硅酸与铝离子、铁离子及铝铁水解产物间存在一定的配合作用,这种作用影响铝离子、铁离子的水解聚合过程,从而提高了ＰＡＦＳＣ的稳定性和产品的聚合度..ＰＡＦＳＣ的除浊效果优于ＰＡＣ,且受碱化度Ｂ的影响较大,随Ｂ的增加除浊效果不断提高.在混凝过程中,起主要作用的是吸附架桥和卷扫作用.聚合硫酸铝的合成

将硫酸铝加水配制成浓度为50%的溶液,加热,将碳酸氢钠配成溶液,缓慢加入温度为70℃的硫酸铝中,使m(Al2(SO4)3):m(NaHCO3):m(H2O)为5:2.3:12.同时不断搅拌,反应开始时有气泡产生,反应约2小时后,没有气泡产生,反应完成.测定碱化度,合成反应式如下:

该方法特点是工艺过程简单,反应时间短,而且产品质量好,对硫酸铝的工业化生产具有一定的参考价值.PAS、PAC、AS处理染料废水的不同效果PAS、PAC、AS处理高浓度染料废水的不同效果

是一种新型无机高分子混凝剂，与传统的混凝剂相比，具有用药量省，除浊脱色效果好，絮体沉降性能好等优点，是极有发展前途的高效无机混凝剂。高效混凝剂聚硅氯化铝制备

聚硅氯化铝(ＰＡＳＣ)是一类新型高效混凝剂,无论是处理低温低浊水,高浊度水或一般水体,都比目前采用的比较好的混凝剂聚合氯化铝(ＰＡＣ)有更高的效能,其它常规混凝剂更无法与之比拟。

目前,研究较多的方法是向聚硅酸引入简单铝盐(如氯化铝),通过加温或自然陈化进行复合,所得产品因ＳｉＯ2含量高,吸附架桥能力较强,但其中的铝主要以单核铝络合物形式存在,与简单铝盐相似,因而电中和能力不强。另一种方法是向聚合铝中引入少量聚硅酸,铝硅间键合作用较弱。由于存在多核铝络合物,因而其电中和能力强,但ＳｉＯ2含量低(ＳｉＡｌ摩尔比在0.2以下)架桥与网捕作用相对较差。如引入较多的聚硅酸,极易胶凝而失效碱化聚合法:

采用代号为Ａ的物质来调节聚合度,代号为Ｂ的物质来提高产品稳定性能,得到的产品电中和能力与架桥网捕作用都较强,并有相当稳定度。对低温低浊水、高浓度有机废水的处理,比ＰＡＣ更佳。在自制聚硅酸中加入一定量结晶ＡｌＣｌ3,搅拌使其溶解,并混合均匀。放置1ｈ,然后加入一定量稳定助剂,混合均匀,静置2ｈ,最后在磁力搅拌条件下,滴加一定量碱液至一定ｐＨ值,或先进行碱液滴定,再加入稳定助剂。制备好的混凝剂静置熟化1天稳定助剂的加入方式有两种:

先加入法和后加入法,分别指在碱液滴定前加入和碱液滴定后加入。实验发现,先加入法可获得稳定性和混凝效果都更好的ＰＡＳＣ分析其原因,可能是由于高聚物若先加入,可通过静电排斥,空间稳定等作用,阻碍铝硅聚合体的相互聚拢,从而延缓在碱液滴定过程中硅酸的聚合反应速度。高聚物若在碱液滴定后加入,此时ＰＡＳＣ聚合度已经比较大,此时高聚物的作用有限。对较低温低浊度废水的处理结果对比对味精厂废水的处理结果对比对某淀粉厂废水处理结果对比无机高分子混凝剂聚硅硫酸铝铁的合成及其性能的研究

一步法合成ＰＳＡＦＳ时,氧化液加入的速度为慢速。一步法合成ＰＳＡＦＳ的最佳条件为:Ｆｅ/Ｓｉ摩尔比Ａ4=025;Ｎａ2ＳｉＯ3·9Ｈ2Ｏ溶液聚合时间Ｂ3=10ｍｉｎ;反应时间Ｃ2=10ｍｉｎ;反应温度Ｄ4=40℃;Ａｌ/Ｓｉ摩尔比Ｅ2=10。

研究了淀粉改性天然高分子有机絮凝剂ST-AM的合成工艺,并详细研究其与无机絮凝剂硫酸亚铁复配对模拟废水活性艳红X-3B及实际染料废水进行处理的净化性能和所生成絮体的沉降速度,获得了良好效果。为生化法的前期处理提供了一种值得进一步完善和推广应用的工艺。絮凝剂ST-AM的研制及其与硫酸亚铁的复配应用

在絮凝剂的合成试验中,用玉米淀粉和丙烯酰胺进行接枝共聚反应。考察了单体浓度、引发剂浓度、反应时间、反应温度、搅拌强度等影响因素,确定了合成最佳絮凝剂ST-AM的工艺条件为:丙烯酰胺单体的浓度为0.82mol/L,引发剂浓度为2.81mmol/L、反应时间为3.5h、反应温度为65℃、搅拌强度为1500r/min。合成的絮凝剂ST-AM的特征为:pH值为7.0左右,粘度约为5.3Pa·S,含固量为10%,接枝率为70.26%。阳离子絮凝剂ＰＤＡ的合成与应用研究废纸再生造纸不仅能有效地利用资源,而且其工艺相对于植物纤维制浆造纸工艺产生的污染负荷较轻,因而有利生态环境的保护而受到重视。但所产生的废水需要处理才能达标排放。该废水中含大量细微纤维、树脂、色料、化学药品和机械杂质而使废水中ＣＯＤ、ＢＯＤ、色度污染负荷大,难以直接生物降解。采用化学混凝沉淀法,即利用絮凝剂处理废水可以使处理后的废水直接回用,得到的泥浆可以直接作为箱板夹层纸纸浆回用。阴阳离子混合型高分子混凝剂处理高浊度水的研究

丙烯酰胺(ＡＭ)与二甲基二烯丙基季胺盐(ＤＭＤＡＡＣ)组成的阴阳离子混合型有机高分子混凝剂的合成及处理高浊度水的研究。该混凝剂的分子中由酰胺基、阴离子、阳离子三个功能基团组成,三个功能团之间的含量的比例将决定药剂的各方面性能。试验证明对试验水样最佳比例为:阴离子度３０%,阳离子度３５%,酰胺基３５%。改性膨润土混凝剂(ＰＡＳＢ)通过硫酸铝、氧化钙和钠基膨润土反应合成聚合硫酸铝改性膨润土混凝剂。用该混凝剂处理城市污水,当投加量为0.5ｇ/Ｌ时,污水中总磷和ＣＯＤＣｒ去除效率最高,总磷的去除率达到94.97%,ＣＯＤＣｒ的去除率达到65.03%。聚合硫酸铝改性膨润土混凝剂(ＰＡＳＢ)的制备:

用Ａｌ2(ＳＯ4)3·18Ｈ2Ｏ配制成为一定浓度的溶液,同时将氧化钙研磨成粉末状。将钠基膨润土、Ａｌ2(ＳＯ4)3溶液和氧化钙以一定比例混合,ＯＨ/Ａｌ为1,在一定温度下加热反应6ｈ。陈化过夜。在红外灯下干燥,研磨至100目。即得聚合硫酸铝改性膨润土混凝剂(ＰＡＳＢ)。淀粉-双氰胺-甲醛絮凝剂的合成及其应用

以淀粉,双氰胺,甲醛为主要原料,以钢铁酸洗废液为催化剂,引入添加剂合成了淀粉-双氰胺-甲醛絮凝剂.探讨了淀粉,甲醛,催化剂酸洗液的用量.反应温度,反应时间及添加剂对淀粉-双氰胺-甲醛絮凝剂产品混凝脱色性能的影响;

本文采用酸洗液作为催化剂并添加价廉物丰的淀粉原料制备淀粉-双氰胺-甲醛絮凝剂“该工艺的优点:酸洗液本身是一种无机絮凝剂,实现了酸洗液的有效资源化利用!”在大分子链中引入淀粉结构单元“从而降低了絮凝剂的生产成本.

阳离子淀粉是淀粉在一定条件下与带阳电荷的醚化剂反应生成的淀粉衍生物,它是变性淀粉中应用最广泛的一种淀粉衍生物.以价廉物丰、无毒、生物可降解的淀粉为原料制得的阳离子淀粉,在工业废水处理中是优良的高分子絮凝剂和阴离子交换剂阳离子淀粉对印染废水具有脱色率高、用量少、成本低、无二次污染等特点.

季铵型阳离子醚化剂3-氯–2-羟丙基-Ｎ,Ｎ,Ｎ-三甲基氯化铵(简称ＣＨＰＴＭＡ)是制备阳离子淀粉中应用最广泛、最重要的一种阳离子醚化剂,也可用作油田钻井助剂、印染助剂、织物抗静电剂等[2,3].ＣＨＰＴＭＡ的合成方法主要有溶剂法和水溶液法[4].溶剂法是使三甲胺盐酸盐与环氧氯丙烷在甲苯、三氯甲烷等溶剂中反应,该工艺过程复杂,溶剂回收困难且损失大,生产成本高.目前大都采用水溶液法,即以三甲胺盐酸盐和环氧氯丙烷为原料在水溶液中反应合成ＣＨＰＴＭＡ的工艺,该法工艺路线短,容易工业化.我们借鉴国内外的研究资料,对水溶液法合成ＣＨＰＴＭＡ工艺做了深入的研究.Fig.1.VariationofzetapotentialofnaturalstonepowdersandcalcitemineralasafunctionofsuspensionpHintheconstantionicstrengthof0.01MNaCl.Fig.2.Settlingrateofflocculatedtravertine(A)andmarble(B)suspensionversustheflocculant’sdosagewhichhavedifferentanionicchargeatpH7.5(naturalpHofthesuspensions).Fig.3.TheinfluenceofsuspensionpHonthesettlingrateoftheflocculatedtravertine(A)andmarble(B)suspensionatconstantflocculant’sdosage(35.7g/ton).Fig.4.Turbidityofthesupernatantliquidoftravertine(A)andmarble(B)suspensionversustheflocculant’sdosagewhichhavedifferentanionicchargeatpH7.5(naturalpHofthesuspensions).4.ConclusionsThepolymerchargedensityandthesuspensionpHplayacrucialroleontheflocculationofNSS.ThezetapotentialcurvesofNSpowdersareverydifferentfromcalcitemineral;thatis,isoelectricalpointforneithermarblenortravertinewasnotobtainedwhilethecalciteexhibitsanisoelectricalpointataboutpH11asexpected.Theelectrostaticforcesplayanimportantroleonpolymer–marbleandpolymer–travertineattachmentandthusontheflocculationofNSS.HighsuspensionpHenhancesthesettlingrateofboththeNSSandincreasestheirsupernatantturbidity.Sincetheturbiditiesareatacceptablelevels,pH11and28%anionicpolymerforflocculationoftravertinesuspension,andpH11and34%anionicpolymerforflocculationofmarblesuspensioncanbeselected.Removalofvatanddispersedyesfromresidualpadliquors

Theeffciencyofthreewastewatertreatmenttechniques,coagulation/.occulation,adsorptionandultra.ltration,hasbeenstudiedfortheremovalofvatanddispersedyesfromresidualpadliquors.ThreeinorganiccoagulantsAl2(SO4)318H2O,FeSO47H2O,FeCl36H2Oandcommercialcationicflocculant,asindividualsandincombination,weretestedforthecoagulation/flocculationmethods.Granularactivatedcarbonwasusedasanadsorbentintheadsorptiontechnique.Ultra.ltrationwasperformedusingapolyethersulfonemembranewithamolecularweightcut-o.of10kDa.Dyeremovalwasevaluatedasthe.erencebetweenconcentrationsofdyesinpadliquorsbeforeandafteraparticulartreatmentusingabsorbancemeasurements.Theobtainedresultsindicatedover90%ofdyeremovalusingappropriatecoagulantsandonly40%usingactivatedcarbon.Thebestresults,dyeremovalover98%,wereachievedusingtheultra.ltrationtechnique.Fig.4.Effectofthecoagulantsandflocculantonreducingtheconcentrationsofdispersedyes.Acomparisonofthedi.erentcoagulantsandtheircombinationswith.occulantusedinthisresearchshowsthee.ciencyoftwocoagulants:Al2(SO4)318H2OandFeCl36H2O.Thebestresultswereachievedusingacombinationofaluminiumsulphateand.occulant,wherethepercentofdecolourationfordi.erentdyeswasfrom83.2%to98.8%.FlocculationbehaviourofmodeltextilewastewatertreatedwithafoodgradepolysaccharideStarchderivativesofhighdegreeoffunctionalization10.Flocculationofkaolindispersions

Flocculationpropertiesofcationicpotatostarchderivatives(2-hydroxy-3-trimethylammonium-propylstarchchloride)withdegreeofsubstitution(DS)upto1.54wereinvestigatedinkaolindispersionsatvarioussolid/liquidratiosandionicstrengthsbymeansofturbiditymeasurementsandcolloidtitration.Itwasfoundthatflocculationhasoccurredlongbeforethekaolinsurfacechargeneutralizationwasreached.FlocculantamountrequiredforacompletephaseseparationdecreasedwiththeincreaseofDS,