新型无机高分子絮凝剂聚硅酸铁镁的制备及性能研究

论文摘要

在水处理过程中,絮凝作为一种有效的预处理方法已经得到了广泛的应用。国内外在絮凝剂研制和应用方面的发展十分迅速,总的发展方向是由低分子量到高分子量、由简单到复合。铝盐和铁盐类无机高分子絮凝剂是近年来使用比较广泛的絮凝剂,但其作为主流絮凝剂在使用中发现仍存在一些缺点。为了进一步改善其性能,人们对以铝盐和铁盐为基础的复合絮凝剂给予了越来越多的关注。其中将金属盐引入到聚硅酸所得药剂称为聚硅酸金属盐废水处理药剂,它兼有电中和与吸附架桥作用,是水处理领域中一类新型的、高效的无机高分子絮凝剂。本文研究了聚硅酸铁镁絮凝剂（Poly ferric magniesum silicate简称PFMS）的制备条件,并采用仪器分析和化学分析相结合的方法,研究了其物化特性。主要研究内容如下:1.以硅酸钠、硫酸铁、硫酸镁等为原料,采用复合共聚法,首次制备了PFMS研究了硅/金属摩尔比（Si/M）、硅含量（n SiO2）、铁/镁摩尔比（Fe/Mg）及碱用量（OH/M）等因素对絮凝剂性能及稳定性的影响;2.利用Fe-Ferron逐时络合比色法研究了PFMS中铁的形态分布;3.利用红外光谱分析法和X-射线衍射法对聚硅酸与Mg（Ⅱ）、Fe（Ⅲ）及其水解产物间的相互作用进行了分析;利用透射电境观察了PFMS的结构形态;4.以印染废水为处理对象,通过混凝搅拌试验,系统地分析了PFMS的絮凝性能,并与聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）及自制聚合硅酸铁（PFSS）等常规絮凝剂进行比较,考查了PFMS在去除色度、化学需氧量（CODCr）等方面的特点,探讨了PFMS的絮凝机理。通过上述研究,得到如下主要结论:1.PFMS的絮凝及稳定性试验结果表明,絮凝剂的稳定性随n SiO2、Si/M比、Fe/Mg比以及OH/M比的降低而升高;絮凝性能随n SiO2的增加而提高,随碱用量的增加絮凝性能先增加后降低;Si/M比在0.5～2之间、Fe/Mg比在0.25～2之间时絮凝剂均保持较好的絮凝效果。2.Fe-Ferron逐时络合比色研究表明,OH/M比、Si/M比及熟化时间等对Fe（Ⅲ）的形态分布有较大的影响。PFMS中Fe（a）的量最多,亦即铁主要是以自由离子及单核羟基/硅酸基络合物形式存在,适当的OH/M比、Si/M比和熟化时间能提高硅铁多核羟基络合物的含量,降低单核羟基络合物的含量,从而提高电中和能力、吸附架桥能力及网捕卷扫作用。3.X-射线衍射图谱分析表明,该絮凝剂并非简单的共混物,而是Fe3+、SO42-等与聚硅酸形成了无定形聚合物。4.红外光谱分析结果表明聚硅酸与铁及其水解产物之间存在一定的络合作用。5.扫描电镜研究表明,Fe3+、Mg2+的加入改变了聚硅酸的表面结构,且PFMS的表面结构受加碱量和Si/M摩尔比影响较大。6.对废水的脱色实验表明,总体上PFMS的脱色性能优于PFS、PFSS和PAC,对COD的去除效果也优于以上几种絮凝剂,且处理后废水的pH值均能达到出水pH（6～9）的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 聚硅酸铁盐絮凝剂的研究进展
• 1.1.1 聚硅酸铁盐絮凝剂的制备及应用
• 1.1.2 聚硅酸铁盐的结构表征及混凝机理的研究
• 1.2 镁盐在废水处理中的应用
• 1.2.1 对染料废水的脱色处理
• 1.2.2 重金属脱除
• 1.2.3 废水除氮脱磷
• 1.3 絮凝混凝作用机理
• 1.3.1 胶体的结构
• 1.3.2 溶胶的经典稳定理论-DLVO 理论
• 1.3.3 絮凝剂作用机理
• 1.4 本文的研究目的及意义
• 2 聚硅酸的制备
• 2.1 药剂和仪器
• 2.1.1 实验药剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 pH 值对聚硅酸稳定性的影响
• 2对聚硅酸稳定性的影响'>2.2.2 nSiO₂对聚硅酸稳定性的影响
• 2.2.3 聚合温度对聚硅酸稳定性的影响
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 pH 值对聚硅酸稳定性的影响
• 2 对聚硅酸稳定性的影响'>2.3.2 nSiO₂对聚硅酸稳定性的影响
• 2.3.3 聚合温度对聚硅酸稳定性的选择
• 2.4 本章小结
• 3 聚硅酸铁镁絮凝剂的制备及性能研究
• 3.1 药剂和仪器
• 3.1.1 实验药剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 絮凝剂的制备方法
• 3.2.2 化学需氧量的测定（重铬酸钾法）
• 3.2.3 色度的测定
• 3.2.4 絮凝测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 单因素实验
• 3.3.2 正交试验
• 3.3.3 聚硅酸铁镁絮凝剂的絮凝性能
• 3.4 本章小结
• 4 聚硅酸铁镁絮凝剂的形态、结构及形貌的研究
• 4.1 药剂和仪器
• 4.1.1 实验药剂
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 Fe-Ferron 逐时络合比色法
• 4.2.2 X-射线衍射分析
• 4.2.3 红外光谱分析
• 4.2.4 扫描电镜观测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Fe-Ferron 逐时络合比色法
• 4.3.2 X-射线衍射分析
• 4.3.3 红外光谱结构表征分析
• 4.3.4 扫描电子显微镜表征分析
• 4.4 PFMS 的絮凝机理浅析
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 5.1 结论
• 5.2 展望与建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文