一种聚硅酸铝铁絮凝剂的制备方法及由该方法制备的聚硅酸铝铁絮凝剂

一种聚硅酸铝铁絮凝剂的制备方法及由该方法制备的聚硅酸铝铁絮凝剂

技术领域

本发明涉及一种絮凝剂，具体涉及一种聚硅酸铝铁絮凝剂的制备方法及由该方法制备的聚硅酸铝铁絮凝剂。

背景技术

水是地球上分布最广而又最宝贵的自然资源。它维系着一切生物的生命活动，也是人类社会可持续发展不可或缺的重要因素。地球表面的四分之三被水覆盖，人类却只能利用其中不到1％的淡水。近年来，随着社会经济的迅猛发展和人口的快速增加，使得人民生活、工农业生产和城市生态对水资源的需求日益增多，加之生活污水和工业废水的大幅度排放，导致水资源危机现象频频出现，水环境生态系统功能日趋恶化，对人类社会的前进和发展构成了严重的威胁。我国是一个严重干旱、缺水的国家,淡水资源总量为2.8万亿立方米,占全球淡水资源的6％,仅次于巴西、俄罗斯和加拿大,位居世界第四位,但人均仅占有2200立方米,仅为世界人均淡水占有量的1/4、美国的1/5,在世界上名列121位,是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。扣除难以利用的洪水、径流和散布在偏远地区的地下水资源后,中国现实可利用的淡水资源量则更少,并且其分布极不均衡。同时,随着科学技术的发展,产生了大量工业废水,生活污水,农业回流水,其中大部分未经处理直接排放。据环境部门监测,全国城镇每天至少有1亿吨污水未经处理便直接排放。全国七大水系中一半以上的河段水质受到污染,全国1/3的水体不适于鱼类生存,1/4的水体不适于灌溉,90％的城市水域污染严重,50％的城镇水源不符合饮用水标准,40％的水源己不能饮用,南方城市总缺水量的60％-70％是由于水污染造成的。用水形势日趋严峻,水污染事件频繁发生,己经严重影响了我国人民的生产生活,严重阻碍了经济的发展和科技的进步,因此,治理水污染,解决生活、生产用水问题已经迫在眉睫。

中国专利CN101327975公开了一种制备微生物絮凝剂的方法，该方法采用戴尔福特食酸菌作为制备微生物絮凝剂的菌种来源通过液体培养基的制备、菌种的发酵培养、絮凝剂粗制品的制备和絮凝剂精制品的制备步骤制备成微生物絮凝剂。该发明为国内首次发现戴尔福特食酸菌可产生絮凝性能稳定、絮凝效果较好的微生物絮凝剂，筛选出的絮凝剂具有絮凝活性高、用量少、发酵时间短、提取工艺简单等优良特性，可大大降低生产成本；该菌生产絮凝剂的方法简单，易行；对实际废水处理实验表明，该絮凝剂应用后，絮凝效果比较理想。

中国专利CN101693561A公开了一种复合型絮凝剂的制备方法，制备步骤为：制备生物絮凝剂溶液；将生物絮凝剂溶液与无机絮凝剂溶液复配：将PAC、PFS或两者的混合物溶于去离子水中得到无机絮凝剂，将生物絮凝剂和无机絮凝剂按体积比3∶10～15的比例混合；即得到复合型絮凝剂。该发明提供制备复合型絮凝剂的方法，用该方法生产的复合型絮凝剂既可以获得高絮凝率和少的总投加量，又可以减少水体中残留金属离子的量，克服无机絮凝剂在水处理使用中的不足之处。

传统的无机和有机絮凝剂在制备中需要借助某些特定的原料物质，原料成本在制备成本中占较大比例。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种聚硅酸铝铁絮凝剂的制备方法及由该方法制备的聚硅酸铝铁絮凝剂，采用本发明的方法制备的聚硅酸铝铁絮凝剂对生活污水中含氮和含磷类物质有很好的絮凝作用。

本发明所采用的技术方案为：

本发明提供一种聚硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，该方法包括：按照质量比为100：(5-30)：(0.1-1)将硅铝源、碱金属碳酸盐和碳酸钙混合均匀后，在800-950摄氏度加热反应1-5小时后自然冷却得第一产物；其中，所述硅铝源为选自粉煤灰、硅铝渣和赤泥中的至少一种,所述碱金属碳酸盐为碳酸钠和碳酸钾；按照固液质量比为1：(2-10)将所述第一产物放入质量浓度为20％-40％的酸溶液中进行酸化，在70-100摄氏度下超声0.5-3小时得第二产物；其中，所述酸溶液中的酸为盐酸、硝酸或硫酸；按照铁盐和硅铝源的质量比为(5-20)：100向第二产物中加入铁盐得固液混合物，调节固液混合物中上层溶液的pH值为3.5-5.5，在20-40摄氏度静置6-48小时，得聚硅酸铝铁絮凝剂。

优选地，按照质量比为100：(5-15)：(0.1-0.5)将硅铝源与碱金属碳酸盐和碳酸钙混合均匀后，在850-900摄氏度加热反应2-4小时后自然冷却得第一产物。

优选地，所述加热反应包括：将所述硅铝源、碱金属碳酸盐和碳酸钙混合均匀后在800-950摄氏度加热反应1-2小时后自然冷却得初级产物；将初级产物研磨、搅拌均匀后在800-950摄氏度加热反应1-2后自然冷却得第一产物。

优选地，所述酸溶液中的酸还包括乙酸或乙二酸。

优选地，按照固液质量比为1：(2-5)将所述第一产物放入质量浓度为25％-35％的酸溶液中进行酸化，在80-95摄氏度下超声1-2小时得第二产物。

优选地，所述超声的频率为20-60KHz。

优选地，所述铁盐为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁。

优选地，按照铁盐和粉煤灰的质量比为(5-10)：100向第二产物中加入铁盐得固液混合物，调节固液混合物中上层溶液的pH值为4-5，在25-35摄氏度静置8-24小时，得所述聚硅酸铝铁絮凝剂。

优选地，所述调节固液混合物中上层溶液的pH值时通过添加质量浓度为10-30％的盐酸溶液或硫酸溶液进行调节。

根据以上制备方法所制备的的聚硅酸铝铁絮凝剂。

本发明的有益效果为：

其一，本发明制备的的聚硅酸铝铁絮凝剂对生活污水中的含氮和含磷类物质有很好的絮凝作用，经本发明的聚硅酸铝铁絮凝剂处理过的生活污水能够获得很高的总氮去除率和总磷去除率；

其二，本发明的制备方法成功地将粉煤灰、硅铝渣和赤泥作为反应原料制备得到聚硅酸铝铁絮凝剂，将废物变废为宝；

其三，本发明采用粉煤灰、硅铝渣和赤泥作为制备原料，大大降低了生产成本，并且本发明的制备方法简单，适合工业化生产。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供一种聚硅酸铝铁絮凝剂的制备方法，该方法包括：按照质量比为100：(5-30)：(0.1-1)将硅铝源、碱金属碳酸盐和碳酸钙混合均匀后，在800-950摄氏度加热反应1-5小时后自然冷却得第一产物；其中，所述硅铝源为选自粉煤灰、硅铝渣和赤泥中的至少一种,所述碱金属碳酸盐为碳酸钠和碳酸钾；按照固液质量比为1：(2-10)将所述第一产物放入质量浓度为20％-40％的酸溶液中进行酸化，在70-100摄氏度下超声0.5-3小时得第二产物；其中，所述酸溶液中的酸为盐酸、硝酸或硫酸；按照铁盐和硅铝源的质量比为(5-20)：100向第二产物中加入铁盐得固液混合物，调节固液混合物中上层溶液的pH值为3.5-5.5，在20-40摄氏度静置6-48小时，得聚硅酸铝铁絮凝剂。

根据本发明，可以按照质量比为100：(5-15)：(0.1-0.5)将硅铝源与碱金属碳酸盐和碳酸钙混合均匀后，在850-900摄氏度加热反应2-4小时后自然冷却得第一产物。

根据本发明，所述加热反应包括：可以将所述硅铝源、碱金属碳酸盐和碳酸钙混合均匀后在800-950摄氏度加热反应1-2小时后自然冷却得初级产物；将初级产物研磨、搅拌均匀后在800-950摄氏度加热反应1-2后自然冷却得第一产物。

根据本发明，所述酸溶液中的酸还可以包括乙酸或乙二酸。

根据本发明，可以按照固液质量比为1：(2-5)将所述第一产物放入质量浓度为25％-35％的酸溶液中进行酸化，在80-95摄氏度下超声1-2小时得第二产物。

根据本发明，所述超声的频率可以为20-60KHz。

根据本发明，所述铁盐可以为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁。

根据本发明，可以按照铁盐和粉煤灰的质量比为(5-10)：100向第二产物中加入铁盐得固液混合物，调节固液混合物中上层溶液的pH值可以为4-5，在25-35摄氏度静置8-24小时，得所述聚硅酸铝铁絮凝剂。

根据本发明，所述调节固液混合物中上层溶液的pH值时可以通过添加质量浓度为10-30％的盐酸溶液或硫酸溶液进行调节。

本发明还提供根据本发明的制备方法所制备的聚硅酸铝铁絮凝剂。

下面将通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。

如无特别说明，本发明所用仪器和试剂均为商购，不同品牌的商品不影响具体使用。

总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法；总磷的测定采用氯化亚锡还原钼蓝法；氨氮的测定采用纳氏试剂光度法。

实施例1

按照质量比为100：5：0.1将粉煤灰、碳酸钠和碳酸钙混合均匀后，在800摄氏度加热反应1小时后自然冷却得第一产物；按照固液质量比为1：2将所述第一产物放入质量浓度为20％的盐酸溶液中进行酸化，在70摄氏度下，以20KHz的频率超声0.5-3小时得第二产物；按照铁盐和粉煤灰的质量比为5：100向第二产物中加入氯化铁得固液混合物，通过添加质量浓度为10％的盐酸溶液调节固液混合物中上层溶液的pH值为3.5，在20摄氏度静置6小时，得聚硅酸铝铁絮凝剂JAT-1。

实施例2

按照质量比为100：30：1将硅铝渣、碳酸钾和碳酸钙混合均匀后，在950摄氏度加热反应2小时后自然冷却得初级产物，将初级产物研磨、搅拌均匀后在950摄氏度加热反应3小时后自然冷却得第一产物；按照固液质量比为1：10将所述第一产物放入质量浓度为40％的硝酸溶液中进行酸化，在100摄氏度下以60KHz超声3小时得第二产物；按照铁盐和粉煤灰的质量比为20：100向第二产物中加入硝酸铁得固液混合物，通过添加质量浓度为30％的硫酸溶液调节固液混合物中上层溶液的pH值为5.5，在40摄氏度静置48小时，得聚硅酸铝铁絮凝剂JAT-2。

实施例3

按照质量比为100：20：0.5将赤泥、碳酸钾和碳酸钙混合均匀后，在900摄氏度加热反应3小时后自然冷却得第一产物；按照固液质量比为1：6将所述第一产物放入质量浓度为30％的硫酸溶液中进行酸化，在85摄氏度下40KHz下超声2小时得第二产物；按照铁盐和粉煤灰的质量比为12：100向第二产物中加入硫酸铁得固液混合物，通过添加质量浓度为20％的盐酸溶液调节固液混合物中上层溶液的pH值为4.5，在30摄氏度静置30小时，得聚硅酸铝铁絮凝剂JAT-3。

应用实施例1

取200mL生活废水，测定得总氮含量为33.01mg/L，总磷含量为1.08mg/L；向200mL生活废水中加入5ml自制的聚硅酸铝铁絮凝剂JAT-1，在搅拌速度为100r/min时，搅拌10min，静置沉淀30min后，取上清液测定处理过的废水的总氮含量和总磷含量，计算总氮去除率和总磷去除率。

应用实施例2和应用实施例3的测试方法和应用实施例1完全相同，只是使用的聚硅酸铝铁絮凝剂分别问JAT-2和JAT-3。

应用实施例1-3的总氮去除率和总磷去除率见表1。

表1

总氮去除率 总磷去除率

应用实施例1 82％ 95％

应用实施例2 86％ 92％

应用实施例3 79％ 97％

由实施例1-3和应用实施例1-3可知，本发明方法制备的聚硅酸铝铁絮凝剂对生活污水的含氮类物质和含磷类物质有较好的絮凝作用，经过本发明的聚硅酸铝铁絮凝剂处理过的生活污水能够获得很高的总氮去除率和总磷去除率。