專利名稱：聚硅鋁絮凝劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)機(jī)復(fù)合型聚硅鋁絮凝劑的制備方法。
背景技術(shù)：
聚硅酸鋁鹽是一類新型無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，它是在聚硅酸(即活化硅酸)及聚合氯化鋁等無(wú)機(jī)絮凝劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的聚硅酸與金屬鹽的復(fù)合產(chǎn)物。該類絮凝劑同時(shí)具有電中和及吸附架橋作用，絮凝效果好，還具有原料價(jià)廉易得且對(duì)人體無(wú)害的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中聚硅酸鋁絮凝劑的制備方法主要有以下三種(1)以礦石、廢礦渣、粉煤灰為原料進(jìn)行合成；(2)用硅酸鈉、鋁酸鈉和硫酸鋁等做原料在高剪切工藝條件下進(jìn)行合成；(3)將鋁鹽引入聚硅酸溶液中進(jìn)行合成。
CN1079945A介紹了一種利用鋁礬土合成含有鋁、鐵、鎂、鈣及活性硅酸成分的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的制備方法，使其對(duì)多種工業(yè)或生活廢水、污水的凈化處理效果更為滿意，但該法合成的絮凝劑中活性硅酸的成分較低。
CN1082006A介紹了一種多核羥基硅酸—硫酸鋁化合物及其制備工藝，該工藝包括先混合一種堿金屬硅酸鹽和一種堿金屬鋁酸鹽溶液，在高剪切混合條件把下把所形成的堿性中間體混合物添加到酸性的硫酸鋁溶液中。該方法可得到具有較高Al2O3濃度的溶液，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，也改進(jìn)了絮凝應(yīng)用方面的性能。但該法使用的高剪切設(shè)備費(fèi)用較高。
《含鋁離子的聚硅酸絮凝劑研究》(環(huán)境科學(xué)11卷5期)一文介紹了一種聚硅鋁絮凝劑的制備方法取一定量的硅酸鈉用自來(lái)水稀釋到一定濃度，加硫酸調(diào)pH值，放置一定時(shí)間使硅酸聚合，然后加入一定量的硫酸鋁，陳化2小時(shí)得PSAA(聚硅鋁)絮凝劑。按照此方法合成的聚硅酸在pH 5～9的范圍內(nèi)即形成硅膠沉降出來(lái)，加入硫酸鋁后溶液也很快分層，絮凝效果降低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備聚硅鋁絮凝劑的新方法。
本發(fā)明提供的聚硅鋁絮凝劑的制備方法包括(1)將含有硅酸鈉的溶液加入無(wú)機(jī)酸中，使混合液pH值為1～4，優(yōu)選2～3，攪拌，靜止熟化，生成聚合硅酸溶液。
所說(shuō)含有硅酸鈉的溶液可以是純硅酸鈉配制的溶液，也可以是從煉油催化劑廠晶化釜中取得的廢水玻璃母液(主要成分為硅酸鈉、硫酸鈉)，硅酸鈉的濃度可以是1～8％，優(yōu)選2～6％。操作溫度沒(méi)有特別限制，只要溶液不沸騰即可，優(yōu)選10～50℃。所說(shuō)無(wú)機(jī)酸可以是硫酸、鹽酸等。為了便于操作，可以將無(wú)機(jī)酸配制成濃度為2％～50％的溶液。攪拌反應(yīng)時(shí)間為1～6小時(shí)，靜止熟化的時(shí)間為2～24小時(shí)。攪拌和靜置熟化都是為了聚合反應(yīng)進(jìn)行得更加徹底。
(2)將無(wú)機(jī)鋁鹽的水溶液加入(1)中的聚合硅酸溶液中，攪拌，靜止熟化，即得聚硅鋁絮凝劑。
所說(shuō)無(wú)機(jī)鋁鹽可以是氯化鋁、硫酸鋁或硫酸鋁鉀等。攪拌溫度可以是室溫，也可以升溫至沸騰溫度以下，最好是60℃以下，攪拌反應(yīng)2～6小時(shí)，然后靜止熟化12～24小時(shí)，即得聚硅鋁絮凝劑。一般來(lái)說(shuō)，攪拌溫度高，可以適當(dāng)縮短攪拌時(shí)間和靜置熟化的時(shí)間。
步驟(1)中的硅酸鈉與步驟(2)中鋁鹽的用量(重量)的比值可以很寬，具體范圍要根據(jù)應(yīng)用水質(zhì)中所含的離子情況進(jìn)行確定。對(duì)于一般水質(zhì)，鋁硅比(Al/SiO2)可以是0.3～3，優(yōu)選0.6～2。
本發(fā)明方法制備的聚硅鋁絮凝劑的應(yīng)用范圍廣，且使用條件緩和，在pH為5～10，水溫0～60℃的含有硅藻土類、溝渠生物、有機(jī)物、油等各種懸浮雜質(zhì)的水質(zhì)中加入本發(fā)明絮凝劑2～10ppm，都會(huì)達(dá)到良好的絮凝效果。
本發(fā)明提供的制備聚硅鋁絮凝劑的原料不僅可以是純硅酸鈉配制的溶液也可以是從煉油催化劑廠晶化釜中取得的廢水玻璃母液。我國(guó)目前有多家生產(chǎn)煉油催化劑的企業(yè)，其生產(chǎn)分子篩的堿性廢水中含有大量未反應(yīng)的硅酸鈉，任其排放則既污染環(huán)境，又浪費(fèi)了資源。若按照本發(fā)明提供的的方法將其利用，則可以起到變廢為寶，既節(jié)約資源又保護(hù)環(huán)境的雙重功效。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)施例為聚合硅酸的制備。
在室溫下，將2.3％的H2SO4溶液100克置于三口燒瓶中，加入100克廢水玻璃母液(主要成分為硅酸鈉和硫酸鈉，硅酸鈉濃度為2％)與其混合，此時(shí)溶液pH約為4，緩慢攪拌4小時(shí)，靜止熟化12小時(shí)，生成聚合硅酸A。
實(shí)施例2本實(shí)施例為聚合硅酸的制備。
在50℃條件下，將6克40％ H2SO4溶液置于帶有攪拌器、溫度計(jì)的三口燒瓶中，滴入100克濃度為4％的硅酸鈉溶液，調(diào)至pH為2，緩慢攪拌2小時(shí)后，降溫靜止熟化8小時(shí)，得聚合硅酸B。
實(shí)施例3本實(shí)施例為聚合硅酸—氯化鋁的制備。
在室溫下，取聚合硅酸A 50克于三口瓶中，攪拌條件下將1克濃度為3.3％的無(wú)水氯化鋁水溶液向三口瓶中滴加，攪拌4小時(shí)，靜止熟化12小時(shí)，可得產(chǎn)品A(Al/SiO2＝0.4)。
實(shí)施例4本實(shí)施例為聚合硅酸—氯化鋁的制備。
在60℃條件下，取聚合硅酸A 50克于帶有攪拌器、溫度計(jì)的三口燒瓶中，向其中加入8克濃度為2.6％的六水氯化鋁的水溶液，反應(yīng)2小時(shí)，降溫靜止熟化即得產(chǎn)品B(Al/SiO2＝2)。
實(shí)施例5本實(shí)施例為聚合硅酸—硫酸鋁的制備。
取3克濃度為10％ Al2(SO4)3·18H2O水溶液按照實(shí)施例3的方法與聚合硅酸A進(jìn)行反應(yīng)，得產(chǎn)品C(Al/SiO2＝0.3)。
實(shí)施例6本實(shí)施例為聚合硅酸—硫酸鋁的制備。
取11克濃度為3.7％ Al2(SO4)3·18H2O的水溶液按照實(shí)施例4的方法與聚合硅酸A進(jìn)行反應(yīng)，得產(chǎn)品D(Al/SiO2＝1)。
實(shí)施例7本實(shí)施例為聚合硅酸—硫酸鋁鉀的制備。
取15克濃度為50％ Al2(SO4)3·K2SO4·18H2O水溶液按照實(shí)施例3的方法與聚合硅酸A進(jìn)行反應(yīng)，得產(chǎn)品E(Al/SiO2＝1.2)。
實(shí)施例8本實(shí)施例為聚合硅酸—硫酸鋁鉀的制備。
取28克濃度為70％ Al2(SO4)3·K2SO4·18H2O水溶液按照實(shí)施例4的方法與聚合硅酸A進(jìn)行反應(yīng)，得產(chǎn)品F(Al/SiO2＝2.2)。
對(duì)比例1按照文章《含鋁離子的聚硅酸絮凝劑研究》中公開(kāi)的制備方法合成聚合硅酸，硅酸鈉溶液與硫酸溶液的量同實(shí)施例1，其他步驟與實(shí)施例5同，得到對(duì)比產(chǎn)品(Al/SiO2＝0.3)。
實(shí)施例9本實(shí)施例為絮凝評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。
本實(shí)驗(yàn)選用硅藻土懸濁液作為模擬水樣，加入一定量的絮凝劑進(jìn)行評(píng)價(jià)。硅藻土經(jīng)過(guò)150目篩子后預(yù)先在105℃下干燥1小時(shí)，放置在干燥器內(nèi)備用。稱取1.000g硅藻土于研缽中，加入少許蒸餾水調(diào)成糊狀并研細(xì)，移至1L燒杯中，加水至800ml，用硫酸調(diào)節(jié)pH值為5～10，調(diào)節(jié)水溫為0～60℃，攪拌均勻，加入實(shí)施例3～8以及對(duì)比例1制備的絮凝劑，在速度為120r/min下攪拌1min，在60r/min下攪拌7min，靜止沉降10min，取上清液按照《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》測(cè)殘余濁度，結(jié)果見(jiàn)表1。
表1
從表1可以看出，本發(fā)明方法制備的絮凝劑的絮凝效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于按照對(duì)比例1的方法制備的絮凝劑。
實(shí)施例10本實(shí)施例為水中殘余金屬(Al)量的測(cè)定。
將產(chǎn)品D按照實(shí)施例9的方法在不同pH值下進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，取實(shí)驗(yàn)后的上清液用ICP方法測(cè)其殘留鋁量，結(jié)果見(jiàn)表2。由表中結(jié)果可知，按照本發(fā)明方法合成的絮凝劑的殘留金屬含量低于容許濃度(0.2mg/L)。
表2
實(shí)施例11本實(shí)施例為本發(fā)明制備的聚硅鋁絮凝劑與市售堿式聚合氯化鋁(PAC)絮凝效果的比較。
將市售PAC與本發(fā)明實(shí)施例C制得的產(chǎn)品按照實(shí)施例9中產(chǎn)品B的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行絮凝評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，比較結(jié)果見(jiàn)表3。
表3
實(shí)施例12本實(shí)施例是對(duì)含鐵懸濁液的絮凝評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)將氧化鐵用硅藻土的預(yù)處理方法處理后，配成硅藻土含量為1.000g，氧化鐵含量分別為2ppm、5ppm、10ppm的編號(hào)為1#、2#和3#的三種懸濁液，用實(shí)施例7制備的產(chǎn)品E按照實(shí)施例9的方法進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，上清液采用ICP方法測(cè)定殘余鐵含量，結(jié)果見(jiàn)表4。由表中數(shù)據(jù)可知，本絮凝劑對(duì)含鐵廢水具有較好的處理效果。
表4
實(shí)施例13本實(shí)施例為去除COD的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。
取1.000g硅藻土加入0.5g季銨鹽配成具有一定COD含量的懸濁液，加入實(shí)施例6制備的產(chǎn)品D進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，并用市售PAC預(yù)期進(jìn)行對(duì)比，COD的測(cè)定采用《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》中的重鉻酸鉀法進(jìn)行，結(jié)果見(jiàn)表5。
表5
實(shí)施例14本實(shí)施例為COD、色度和濁度的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。
取實(shí)驗(yàn)室制備的發(fā)酵一定時(shí)間的菌懸液200ml，加入一定量的殺菌劑，在搖床上定溫定速反應(yīng)4小時(shí)后，加入8ppm實(shí)施例5制備的產(chǎn)品C進(jìn)行絮凝評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，COD的測(cè)定同實(shí)施例13，色度和濁度的測(cè)定參照《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》，結(jié)果見(jiàn)表6?？梢钥闯?，本發(fā)明合成的聚硅鋁絮凝劑對(duì)于去除某些特定廢水的COD具有良好的效果。
表6
實(shí)施例15本實(shí)施例為去除銨根離子的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。
取氯化銨加入到硅藻土懸濁液中，配成不同濃度的含銨離子懸濁液，用產(chǎn)品C和產(chǎn)品D進(jìn)行絮凝評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)用市售PAC做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，取上清液用納氏試劑分光光度法測(cè)定殘余銨量，結(jié)果見(jiàn)表7?？梢钥闯觯徽撛诟邼舛冗€是低濃度下，本發(fā)明方法制備的絮凝劑對(duì)銨根離子都具有更好的去除效果。
表7
權(quán)利要求
1.一種聚硅鋁絮凝劑的制備方法，包括(1)將含有硅酸鈉的溶液加入無(wú)機(jī)酸中，使混合液pH值為1～4，攪拌，靜止熟化，生成聚合硅酸溶液；(2)將無(wú)機(jī)鋁鹽的水溶液加入(1)中的聚合硅酸溶液中，攪拌，靜止熟化即可。
2.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，混合液pH值為2～3。
3.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所說(shuō)含有硅酸鈉的溶液是純硅酸鈉配制的溶液，或從煉油催化劑廠晶化釜中取得的廢水玻璃母液。
4.按照權(quán)利要求1或3所述的制備方法，其特征在于，硅酸鈉的濃度為1～8％。
5.按照權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，硅酸鈉的濃度為2～6％。
6.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所說(shuō)無(wú)機(jī)酸為硫酸或鹽酸，溶液濃度為2％～50％。
7.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所說(shuō)無(wú)機(jī)鋁鹽是氯化鋁、硫酸鋁或硫酸鋁鉀。
8.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)的攪拌反應(yīng)溫度為10～50℃，攪拌時(shí)間為1～6小時(shí)，靜止熟化的時(shí)間為2～24小時(shí)。
9.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)的攪拌反應(yīng)溫度為室溫～60℃，攪拌時(shí)間為2～6小時(shí)，靜止熟化時(shí)間為12～24小時(shí)。
10.按照權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中鋁鹽與步驟(1)中的硅酸鈉的重量比(以Al/SiO2計(jì))為0.3～3。
全文摘要
一種聚硅鋁絮凝劑的制備方法，包括(1)將含有硅酸鈉的溶液加入無(wú)機(jī)酸中，使混合液pH值為1～4，攪拌，靜止熟化，生成聚合硅酸溶液；(2)將無(wú)機(jī)鋁鹽的水溶液加入(1)中的聚合硅酸溶液中，攪拌，靜止熟化即可。本發(fā)明方法制備的聚硅鋁絮凝劑應(yīng)用范圍廣，使用條件緩和，在pH為5～10，水溫0～60℃的含有硅藻土類、溝渠生物、有機(jī)物、油等各種懸浮雜質(zhì)的水質(zhì)中加入本發(fā)明絮凝劑2～10ppm，都會(huì)達(dá)到良好的絮凝效果。
文檔編號(hào)C02F1/52GK1400172SQ0112376
公開(kāi)日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2001年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月31日
發(fā)明者張莉, 李本高, 王振宇 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院