含硼聚硅硫酸铁絮凝剂的制备及其絮凝性能

含硼聚硅硫酸铁絮凝剂的制备及其絮凝性能 含硼聚硅硫酸铁絮凝剂的制备及其絮凝性 能 化工环保 ENVIRONMENTALPROTECTION0FCHEMICALINDUSTRY2006年第26卷第l 期 含硼聚硅硫酸铁絮凝剂的制备 及其絮凝性能 俞丹青,颜家保,周涓 (武汉科技火学化工与资源环境学院,湖北武汉430081) [摘要]以硅酸钠,硫酸铁和四硼酸钠为原料,在SiO:质量分数为3%,pH为3.0,活化 时问为30min,铁与硅摩尔 比为0.5,硼与硅摩尔比为0.31的条件下,制备r无机高分子絮凝剂——含硼聚硅硫 酸铁(PFSSB).当焦化厂生 化后废水pH在6.0左右,PFSSB加入量为20mL时,除浊率和脱色率分别达到93% 和60%以上.PFSSB的脱 色,除浊性能明显优于聚合氯化铝. [关键词]含硼聚硅硫酸铁;絮凝剂;硅酸钠;硫酸铁;四硼酸钠;废水处理 [中图分类号]X703[文献标识码]A[文章编号]1006—1878(2006)01,0070—04 PreparationofBoron-containingPolyferricSilicateSulfate andItsFlocculationProperty YuDanqing,YanJiabao,ZhouJuan (SchoolofChemicalEngineering,ResourceandEnvironment,WuhanUniversityof ScienceandTechnology,HubeiWuhan430081,China) Abstract:Polyferricsilicatesulfatecontainingboron(PFSSB),anewtypeofinorganicpolym er flocculant.waspreparedusingsodiumsilicate.ferricsulfateandsodiumborateasrawmateria lsunder theconditionsofSi0,massfraction3%.pH3.activationtime30min.molratioofFetoSi0.5and molratioofBtoSi0.31.WhenpHofbio.treatedwastewaterfromacokingplantiSabout6.0and the dosageofPI1SSBiS20mg/L.theremovalratesofturbidityandcolorareover93%and60% respectively.ItsperformanceofremovingturbidityandcolorisobviouslybetterthanthatofP AC. Keywords:boron— containingpolyferricsilicatesulfate;flocculant;sodiumsilicate;ferricsulfate; sodiumborate;wastewaterueatment 絮凝剂的研究是环境保护领域的研究重点之 一 ll .含硼聚硅硫酸铁(PFSSB)是一种新型的复 合型无机高分子混凝剂,兼有铁盐的电中和作用和 聚硅酸的吸附架桥能力,硼的加入进一步增强了絮 凝剂的除浊和脱色效果,絮凝剂的稳定性也有所提 高,安全无毒',具有广阔的应用前景.本工作研 究了PFSSB合成的最佳条件,并考察了所得絮凝剂 处理焦化厂生化后废水的效果. l实验部分 1.1试剂和仪器 主要试剂硅酸钠,硫酸铁,硫酸,氢氧化钠溶液, 四硼酸钠等均为 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 纯.配制溶液均使用蒸馏水, 实验用废水为某焦化厂生化后废水. WFZ800一D3B型紫外可见分光光度计,北京 瑞利分析仪器有限公司;AB204一E电子分析天平, METTLERTOLEDO公司;PHSJ一3F型pH计,上 海精密科学仪器公司;JJ一4A型六联同步自动升降 搅拌机,常州国年化机厂. 1.2含硼聚硅硫酸铁的制备 准确称取一定量硅酸钠,加蒸馏水配成一定浓 度的溶液,用硫酸和氢氧化钠溶液调节其pH,室温 下聚合一段时间后,加入硫酸铁和四硼酸钠,熟化后 [收稿日期]2005—07—02;[修订El期]2005—07—15. [作者简介]俞丹青(1975一),女,湖北省武汉市人,硕士, 讲师,主从事化学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 和水污染控制的教学和科研工作. 电话:027—86559634;电邮:yudanqing75@sohu.com. 第1期俞丹青等.含硼聚硅硫酸铁絮凝剂的制备及其絮凝性能 所得红棕色液体即为PFSSB. 1.3絮凝实验 向焦化厂生化后废水中投加PFSSB,先在200 r/min的转速下快速搅拌0.5—2.0min,再在40r/ min的转速下慢速搅拌15min,静置10min,取上清 液,测定其浊度和色度,以除浊率,脱色率及絮凝剂 的稳定性综合 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 征絮凝剂的性能. 1.4分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 采用分光光度法测定废水的浊度和色度. 2结果与讨论 2.1含硼聚硅硫酸铁的制备条件 2.1.1SiO含量对含硼聚硅硫酸铁性能的影响 SiO:质量分数为3%时,制得的PFSSB除浊脱 色效果最佳,在活化时间为30min时,PFSSB的除 浊率和脱色率分别达到95.0%和49.1%.这是由 于SiO:含量低时,聚合度低,所得絮凝剂架桥能力 不强,影响了絮凝效果;而SiO含量过高会导致聚 合度过高,造成凝胶,絮凝剂稳定性很差.在后续实 验中,SiO质量分数选择为3%. 2.1.2硅酸活化时间对含硼聚硅硫酸铁陛能的影响 硅酸活化时间对PFSSB脱色,除浊效果的影响 见图1.由图1可见,在实验范围内,硅酸活化时间 对PFSSB的脱色,除浊效果影响不大,尤其是除浊 率基本稳定在93%左右.当硅酸活化时间达到90 min后,脱色率略有上升,但在实验范围内,均能达 到42%以上,从制备成本考虑,尽可能选择短的活 化时间,但活化时间为10min时,产品不稳定,6d 后出现凝胶.故硅酸活化时间选择30min为宜. 图1硅酸活化时间对PFSSB性能的影响 ?除浊率;-脱色 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 2.1.3硅酸活化pH对含硼聚硅硫酸铁性能的影响 硅酸活化pH对PFSSB脱色率和除浊率的影响 见图2.由图2可见,pH为6,10时,溶液很快形 成凝胶,无法使用,故主要考虑酸性条件下pH的影 响.实验范围内,pH对絮凝剂除浊率的影响不大, 但对脱色率和稳定性有一定的影响,当pH为3时, PFSSB的除浊率,脱色率均最高,分别达到94.8%和 49.0%,且絮凝剂的稳定性明显优于其他pH条件 下制备的絮凝剂,可存放十几天甚至二十几天.随 着pH的增加,絮凝剂由黄色逐渐变至红棕色,这是 由于铁离子在不同的pH下生成的水解产物不同所 致,而絮凝剂颜色的加深会影响脱色效果. 图2硅酸活化pH对PFSSB性能的影响 ?除浊率;?脱色謇 2.1.4铁与硅摩尔比对含硼聚硅硫酸铁性能的影响 室温下,向废水中投加铁质量浓度为20mg/L 的不同铁与硅摩尔比的PFSSB,铁与硅摩尔比对 PFSSB性能的影响见图3. 图3铁与硅摩尔比对PFSSB性能的影响 ?除浊率;?脱色书 由图3可见,铁与硅摩尔比对除浊率的影响不 大,但对脱色率的影响较大.当铁与硅摩尔比为 0.5时,PFSSB的除浊率和脱色率分别达到最高值 96.2%和54.8%.随着铁含量增加,PFSSB水解产 生的多核羟基化合物所带的正电荷增加,除浊和脱 色效果改善;但铁含量过高后,活性硅酸的含量下 降,不利于对悬浮物的吸附架桥和卷扫聚集,使除浊 率和脱色率下降,且铁离子本身带色,铁含量的增加 化lr环保 ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2006年第26卷 使脱色效果明显下降.铁加入量越大,絮凝剂制备成 本越高,故实验范围内,选择铁与硅摩尔比为0.5. 2.1.5硼与硅摩尔比对含硼聚硅硫酸铁性能的影响 室温下,向废水中投加等量的不同硼与硅摩尔 比的PFSSB,硼与硅摩尔比对PFSSB性能的影响见 图4.由图4可见,硼与硅摩尔比为0.31时,PFSSB 的除浊率和脱色率均达到最大值,分别为91.6%和 51.3%.当体系的铁与硅摩尔比一定时,硼与硅摩 尔比的增大,导致铁离子参与反应的量随之增大,在 酸l生条件下生成硼酸,发生配位和络合作用,参与硅 酸的聚合反应,还参与铁离子的水解聚合反应,一定 程度上改变r聚硅酸和铁离子水解聚合产物的形态 结构,既阻碍了聚硅酸的进一步聚合,又增加了混凝 的有效组分,从而提高了除浊,脱色性能和稳定性. 但硼与硅摩尔比过大后,其作用逐渐降低甚至消失. 图4硼与硅摩尔比对PFSSB性能的影响 ?除浊率;-脱色率 综上所述,当SiO:质量分数为3%时,活化pH 为3.0,活化时问为30min,铁与硅摩尔比为0.5,硼 与硅摩尔比为0.31时,制备的PFSSB性能最佳. 后续实验中,PFSSB均按此条件制备. 2.2废水pH对含硼聚硅硫酸铁性能的影响 将废水pH分别调至预定值,加入铁质量浓度 为20mg/L的PFSSB,废水pH对PFSSB脱色率和 除浊率的影响见图5.由图5町见,废水pH为6 时,PFSSB的除浊率和脱色率达到最大值,分别为 94.5%和61.5%.废水pH对絮凝作用的影响主要 在改变胶体颗粒表面电荷的{=电位及改变絮凝剂在 水中的水解程度.废水的pH不同,絮凝剂水解产 物的形态不一样,絮凝效果也不同.PFSSB的水解 产物中,起主要作用的是被吸附的带正电荷的多核 羟基阳离子,它能够压缩双电层,同时起到架桥作 用;其次是氢氧化物沉淀的卷扫作用.当pH为6.7 时,铁几乎全部以聚合态的沉淀形式出现,具有最佳 的絮凝作用.焦化厂废水的pH一般呈中性,实际 应用中,不调或微调废水的pH,即可达到较佳的絮 凝效果. 图5废水pH对PFSSB脱色率和除浊率的影响 ?除浊率;-脱色率 2.3含硼聚硅硫酸铁加入量对废水处理效果的影响 PFSSB加入量对废水处理效果的影响见图6. 图6PFSSB加入量对废水处理效果的影响 ?除浊牢;-脱色率 絮凝剂加入量是影响絮凝过程的重要因素之 一 .一 般胶粒自身带负电荷,由于同性电荷相斥,使 胶粒稳定于水中,而絮凝剂中所含的金属离子能起 到电中和作用,使胶粒所带电荷减少而失稳.若絮 凝剂加入量不足,废水中的胶体不能完全脱稳,达不 到理想的絮凝效果;而絮凝剂加入量过多,胶粒可能 会带上正电荷,出现再稳,处理效果下降,且所需的 操作费用也增加.由图6可见,当PFSSB的加入量 为20mg/L时,其除浊率和脱色率达到最高值,分 别为92.6%和56.5%;而后脱色率和除浊率随 PFSSB]JH人量增加反而降低,证明了此絮凝过程中 不仅有高分子的架桥作用,还有金属离子的电中和 作用. 2.4含硼聚硅硫酸铁与聚合氯化铝对废水处理效 果的比较 在加入量相同的条件下,PFSSB和聚合氯化铝 第1期俞丹青等+含硼聚硅硫酸铁絮凝剂的制备及其絮凝性能?73? (PAC)对废水的脱色率和除浊率分别见图7和图 8.由图7和图8可知,在较大的加入量范围内, PFSSB均表现出比PAC更为优异的除浊和脱色性 能.PFSSB在加入量为40mg/L时就能达到除浊 率91.08%和脱色率65.56%;而PAC在加入量为 100mg/L时才能达到相似的效果.另外,PFSSB絮 凝过程中形成的絮体大,密实,易沉降;而PAC絮凝 过程中形成的絮体相对较小,松软.不易沉降.这是 由于PAC主要是靠电性巾和作用,吸附架桥能力较 弱,而PFSSB既有较好的电性中和能力,同时活性 硅酸成分的引入.增强了其吸附架桥及卷扫聚集 能力. 图7PFSSB和PAC对废水的除浊率 ?PFSSB:-PAC 图8PFSSB和PAC对废水的脱色率 ?PFSSB:-PAC 2.5PFSSB絮凝机理初探 PFSSB在制备后的陈化过程中,结构在不断地 自行发生下列变化:(1)硅酸分子问硅羟基脱水聚 合;(2)硼引入后,在强酸性条件下生成游离的硼酸 分子,陈化中,硼酸分子与聚硅酸络合配位,形成 si一0一B或si一0H…B等键,阻止了聚硅酸的进 一 步聚合,提高了稳定性,生成的聚硅酸颗粒也因此 更能发挥吸附,粘结,网捕和沉淀的功能;(3)铁离 子加入后,发生水解一聚合反应,生成一系列多核羟 基络离子,它们和硼酸分子,聚硅酸颗粒及so:一发 生配位络合,形成带B一0一Fe,si一0一Fe和Fe— so—Fe等键的螯合物,也阻止r聚硅酸胶粒间的 深度聚合,有利于产品的稳定,并町改善产品的絮凝 性能.' 3结论 a)实验范围内,制备含硼聚硅硫酸铁(PFSSB) 的最佳条件:SiO:质量分数为3%,活化pH为3.0, 活化时间为30min,铁与硅摩尔比为0.5,硼与硅摩 尔比为0.3l. b)废水pH为6左右.PFSSB加入量为20mg/ L时,废水的除浊率和脱色率分别达到93%和60% 以上. c)相同的加入量条件下,PFSSB比聚合氯化铝 (PAC)有更好的除浊和脱色效果;?用PFSSB时所 形成的絮体明显大于用PAC时形成的絮体,絮体沉 降速度也更快一. d)PFSSB絮凝过程中兼有金属离子的电中和 作用和高分子的吸附架桥作用.硼的加入既可增加 PFSSB的稳定性.又可使PFSSB的除浊,脱色性能 有进一步的提高. 参考文献 1袁宗宣,郑怀礼,舒型武.絮凝科学与技术进展.荦庆 大学,2001,2(24):143—147 2舒型武,郑怀礼.阳离子型有机絮凝剂研究进展.现代 化工,2001,10(21):13,16 3段瑛博,衣守志.聚合硅酸硫酸铝铁的制备与应用.化 工环保,2005,25(3):239,241 4郑怀礼,龙腾锐,袁宗宜.聚合硫酸铁制备方法研究及 其发展.环境污染治理技术与设备,2001,1(5):21— 28 5颜家保,张为洋.聚硅硫酸铁的制备及在炼油废水处理 中的应用.石油炼制与化工,2004,9(35):70,72 6赵奎霞,李中和,赵华彰等.新型铝硅复合絮凝剂的制 备及其絮凝性能研究.化1二环保,2004,24(1):15, 17 7许佩瑶,卢素焕,张振声等.聚硅酸金属盐类混凝剂 的絮凝机理研究.环境科学研究,2000,6(13):26, 29 8~JJiJ,军.田宜灵,马晓欧等.新型混凝剂聚硅硫酸铁的 性能研究.化学工业与工程,2002,19(1):12,21 (编辑祖国红)