聚合硫酸鐵和聚硅硫酸鐵制備及有機(jī)改性研究.pdf

1、混凝技術(shù)是水處理中的一項(xiàng)重要技術(shù)。高效混凝劑是提高水處理效果和節(jié)約水處理成本的關(guān)鍵。鐵鹽復(fù)合混凝劑因其優(yōu)良的混凝性能和較寬的適應(yīng)范圍成為國內(nèi)外無機(jī)高分子混凝劑的開發(fā)熱點(diǎn)。但是受到鐵本身性質(zhì)的影響，鐵基高分子混凝劑在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一些問題，如分子量較小、穩(wěn)定時(shí)間短、混凝性能較有機(jī)高分子混凝劑差等。為提高聚合硫酸鐵的分子量，本論文采用加堿和氧化兩種方法，制備了不同結(jié)構(gòu)和性能的聚合硫酸鐵，并以聚合硫酸鐵和聚硅酸為原材料制備了復(fù)合混凝劑聚硅

2、硫酸鐵(PFSS)，對(duì)共聚和共混兩種方法制備的聚硅硫酸鐵進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和混凝性能測試;同時(shí)，本論文再分別以聚合硫酸鐵和聚硅硫酸鐵為原料與聚丙烯酰胺進(jìn)行復(fù)合，得到聚合硫酸鐵-聚丙烯酰胺(PFS-PAM)和聚硅硫酸鐵-聚丙烯酰胺(PFSS-PAM)兩類鐵基無機(jī)-有機(jī)復(fù)合混凝劑，研究PFS-PAM和PFSS-PAM中有機(jī)組分含量對(duì)鐵的形態(tài)分布、電位、混凝性能和余鐵含量的影響，明確復(fù)合混凝劑與PFS及PFSS在混凝效果和穩(wěn)定性能上的差異，揭示無機(jī)

3、-有機(jī)組分在復(fù)合混凝劑中的作用及混凝機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用正交分析法對(duì)堿法制備聚鐵(APFS)和氧化法制備聚鐵(OPFS)進(jìn)行最佳合成條件實(shí)驗(yàn)，APFS的最佳合成條件為20％的硫酸鐵溶液20℃下加堿合成，20℃下熟化4h;OPFS的最佳合成條件為45％的硫酸亞鐵溶液在20℃下合成，20℃下熟化6h。對(duì)比兩類混凝劑，它們有相同的價(jià)鍵，價(jià)鍵排列方式和聚合程度不同，表現(xiàn)出混凝性能不同。因此得出APFS與OPFS為性能不

4、同的兩種混凝劑。
　　(2)采用正交分析法確定共混堿法制備聚硅硫酸鐵(APFSSm)和共聚堿法制備聚硅硫酸鐵(APFSSc)的最佳合成條件。APFSSm的制備條件為聚硅酸45℃活化1h，與APFS混合后在45℃下熟化2h。APFSSm穩(wěn)定性隨鐵硅比增加增強(qiáng)，隨鹽基度的增加而減弱，去濁能力有較大的提高。在鹽基度為0.1，鐵硅比為1.0時(shí)最佳。APFSSc為，聚硅酸45℃活化1h，與硫酸鐵混合，加入氫氧化鈉，然后50℃下熟化2.5h。

5、穩(wěn)定性隨著鹽基度的降低和鐵硅比的增加而增加。絮凝性能在鹽基度為0.1，鐵硅比為1.0是最佳。對(duì)比APFSSm與APFSSc，二者組成價(jià)鍵一致，由于組合方式不同，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)上的差異和混凝性能的不同，APFSSc的絮凝性能和穩(wěn)定性更強(qiáng)。
　　(3)采用正交分析法確定共混氧化法制備聚硅硫酸鐵(OPFSSm)和共聚氧化法制備聚硅硫酸鐵(OPFSSc)的最佳合成條件。OPFSSm的制備條件為聚硅酸50℃活化1h，與OPFS混合，50℃熟化2

6、h。穩(wěn)定性在鹽基度為0.1，鐵硅比為1.0時(shí)達(dá)到最佳。絮凝性能隨鹽基度的減小而增加，隨鐵硅比的增加先升后降，在鐵硅比為1.5時(shí)達(dá)到最佳。共聚法OPFSSc的最佳合成條件為聚硅酸在45℃活化2h，與硫酸亞鐵混合，加入雙氧水，然后40℃熟化2.5h。OPFSSc穩(wěn)定性隨鹽基度的減少而增加，隨鐵硅比的增加而增加。去濁性能在鹽基度為0.1，鐵硅比為1.0時(shí)達(dá)到最大。比較OPFSSm和OPFSSc，OPFSSc具有更佳的絮凝性能。
　　(4

7、)通過與多種有機(jī)高分子水溶物混合復(fù)合，確定非離子型聚丙烯酰胺為改性堿法聚合硫酸鐵的有機(jī)高分子物質(zhì)。對(duì)堿法制備的聚合硫酸鐵改性得到APFS-PAM，去濁能力增加。最佳配制比例為APFS∶PAM=1000。改性氧化法聚合硫酸鐵的有機(jī)高分子物質(zhì)為非離子型聚丙烯酰胺。改性比例OPFS∶PAM從20至2000。且OPFS∶PAM為1000時(shí)去濁效率最高為99.7％。比較OPFS-PAM與APFS-PAM，APFS-PAM表現(xiàn)出較強(qiáng)的去濁絮凝性能，

8、OPFS-PAM表現(xiàn)出較強(qiáng)的COD去除性能。
　　(5)采用混合復(fù)配法，確定非離子型聚丙烯酰胺為改性堿法制備的聚硅硫酸鐵(APFSS)的有機(jī)高分子物質(zhì)。其穩(wěn)定性隨APFSS∶PAM的減小而增加，去濁性能隨APFSS∶PAM的增大而增加。去除COD能力比APFSS有了較大的提高，在APFSS∶PAM為100時(shí)，達(dá)到26.7％。非離子型PAM可以與氧化法聚硅硫酸鐵共溶，得到有機(jī)復(fù)合絮凝劑OPFSS-PAM。OPFSS∶ PAM在20到

9、2000范圍內(nèi)。穩(wěn)定性和絮凝性能比OPFSS均有提高，穩(wěn)定時(shí)間隨OPFSS∶PAM的增大而增加，去濁性能隨OPFSS∶PAM的增大而增加，COD的去除性能在OPFSS∶PAM=1000達(dá)到最大50.0％。比較APFSS-PAM，OPFSS-PAM具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性能和絮凝性能。
　　綜上所述，本論文針對(duì)聚合硫酸鐵混凝劑的有機(jī)和無機(jī)復(fù)合改性，結(jié)合無機(jī)高分子和無機(jī)-有機(jī)聚合等領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)，合成了PFSS、PFS-PAM和PFSS-PAM