聚合氯化鋁鐵絮凝劑制備工藝李新義【摘要】為了更好的優(yōu)化無機高分子絮凝劑氯化鋁鐵(PAFC)的水處理效果.使其在使用時更具有絮體形成快、除濁效果好、水中堿度消耗少，特別是對水溫、pH值、濁度和有機物含量變化適應性強的特點.研究了一種制備聚合氯化鋁鐵的新工藝.該工藝以氯化鐵為原料新制凝膠氫氧化鐵，再與氯化鋁在無水乙醇溶液中復合共聚生成PAFC.考察了原料配比和乙醇體積量對產(chǎn)品制備及性能的影響，確定了最佳反應條件:氯化鋁物質(zhì)的量為0.04mol,新制凝膠氫氧化鐵的物質(zhì)的量為0.16mol,乙醇體積為40mL.與現(xiàn)有工藝過程相比具有時間周期短、條件簡單、產(chǎn)品純度高和含鹽量較少等優(yōu)點.對產(chǎn)品進行了水處理實驗，考察產(chǎn)品對廢水濁度和COD的去除效果.結果表明,濁度與COD的去除率都很高.【期刊名稱】《廣州化工》【年(卷)，期】2015(043)024【總頁數(shù)】3頁(P107-109)【關鍵詞】絮凝劑;聚合氯化鋁鐵;制備;應用【作者】李新義【作者單位】西安石油大學機械工程學院，陜西西安710065【正文語種】中文【中圖分類】X703.5;TQ314.2吸附法、化學氧化法、離子交換法、生化法、電滲析及絮凝沉淀法等已經(jīng)成為水處理的重要方法。在水處理領域中，絮凝法凈化水是應用時間最久的固液分離方法之一。由于其適用性廣、工藝簡單、成本低等特點，絮凝法目前仍廣泛應用于飲用水、生活污水和工業(yè)廢水的處理中。根據(jù)絮凝劑的組成，一般可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑兩大類。有機絮凝劑又可分為人工合成有機高分子絮凝劑和天然有機高分子絮凝劑。根據(jù)絮凝劑的分子量高低可將其分為高分子型和低分子型。根據(jù)官能團離解后所帶電荷的性質(zhì)又可將其分為陽離子型，陰離子型和非離子型。在工業(yè)和生活應用中無機絮凝劑最為廣泛，主要分為鋁鹽和鐵鹽兩大類。它們各自有一系列成熟的產(chǎn)品，其中傳統(tǒng)的低分子絮凝劑如硫酸鋁、氯化鐵等，由于投量大、處理成本高已逐漸被新型的無機高分子絮凝劑所代替，如聚合氯化鋁、聚合氯化鋁鐵、聚合硫酸鐵即是其中的主要代表［1-2］。聚合氯化鋁鐵(PAFC)，是一種優(yōu)良的無機高分子絮凝劑［3-4］。它在使用時具有絮體形成快、沉淀性好，水中堿度消耗少，特別是對水溫、pH值、濁度和有機物含量變化適應性強等優(yōu)點［5-6］。自1980年關于PAFC的第1件歐洲專利公開之后［7］,PAFC制備、應用的專利與報道在我國逐年增加，傳統(tǒng)工藝是在混合水溶液中加入Cl-、Al3+、Fe3+和堿化劑，穩(wěn)定pH值，經(jīng)過一定時間的熟化得到聚合氯化鋁鐵液體，然后取上層液干燥得固體PAFC［8-9］。其工藝制作周期長，條件復雜，產(chǎn)品純度低，含鹽量較高等特點。本文研究了一種制備聚合氯化鋁鐵的新工藝。以三氯化鐵為原料在強堿的作用下新制凝膠氫氧化鐵，經(jīng)過洗滌、過濾得到的比較純凈的凝膠氫氧化鐵再與六水氯化鋁在無水乙醇溶液中復合共聚生成PAFC。水處理實驗結果表明其濁度去除率與COD去除率都很高，均高于市售同類產(chǎn)品。該工藝過程特點是制備周期短，條件簡單，產(chǎn)品純度高，含鹽量較少，雜質(zhì)含量低。1試驗部分1.1試驗藥品及器材六水氯化鋁（分析純），國藥集團化學試劑有限公司;三氯化鐵（分析純），天津市河東區(qū)紅巖試劑廠;氫氧化鈉（分析純），天津市河東區(qū)紅巖試劑廠;無水乙醇（分析純），萊陽經(jīng)濟開技術發(fā)區(qū)精細化工廠。PL203電子精密天平;JJ-1A精密定時電動攪拌器；DGF-30/14電熱鼓風干燥箱;98-l-B電子調(diào)溫電熱套;SHBIII循環(huán)水式多用真空泵;SH2602PH計;2100ANT濁度儀;H5B-3CCOD測定儀。1.2實驗原理六水氯化鋁和新制凝膠氫氧化鐵在乙醇溶液中，在加熱條件下反應向右進行復合共聚生成能溶于乙醇的聚合氯化鋁鐵溶液。當固體全部溶于醇溶液以后蒸餾除去溶液中少量的水，在電熱鼓風干燥箱蒸干，得到固體聚合氯化鋁鐵，其反應方程式為：1.3實驗步驟1.3.1凝膠氫氧化鐵的制備及稱取準確稱量一定質(zhì)量的氯化鐵用蒸餾水全部溶解，得到氯化鐵溶液，加入稍過量的氫氧化鈉溶液使Fe3+全部沉淀，經(jīng)過減壓抽濾、去離子水洗滌使凝膠的pH=7，并且除去凝膠里的氯化鈉，得到比較潔凈的氫氧化鐵凝膠。根據(jù)氯化鐵的投入量計算凝膠中氫氧化鐵的物質(zhì)的量。由于氫氧化鐵的物質(zhì)的量與凝膠的體積成正比，在總體積中量取一定體積的氫氧化鐵凝膠溶液就得到了一定物質(zhì)的量的氫氧化鐵。1.3.2聚合氯化鋁鐵的制備分別稱取一定質(zhì)量的氯化鋁和上一步制得的凝膠氫氧化鐵混合放到干凈燒杯中，加入適量無水乙醇。用加熱套加熱并且不斷地攪拌，使固體全部溶解。繼續(xù)蒸餾除去溶液中少量的水分，然后再把溶液放到電熱鼓風干燥箱蒸干得到純凈固體聚合氯化鋁鐵，蒸出的乙醇經(jīng)過處理可以循環(huán)利用。2結果與分析2.1試驗條件表1試驗條件Table1Testcondition實驗編號6nH(2AOlC)l/3m-oln[Fe(mOoHl)3]/n(CH3CmHL2OH)/10.10.13020.080.123030.060.143040.040.163050.040.164060.020.183070.020.184080.020.18502.2產(chǎn)品各項性能指標圖1PAFC產(chǎn)品的pH值Fig.1PHvalueofPAFC圖2PAFC產(chǎn)品的鹽基度Fig.2ThebasicityofPAFC圖3PAFC產(chǎn)品的濁度去除率Fig.3TurbidityremovalrateofPAFC圖4PAFC產(chǎn)品的COD去除率Fig.4CODremovalrateofPAFC反應物和溶劑按表3投加料，對制得的樣品做pH值、鹽基度、濁度去除率和COD去除率測試。其方法參考章小芬的聚合氯化鋁鐵的制備及其應用[3,10-13]。不同實驗條件下制得的PAFC各項性能指標見圖1~圖4。由圖1可以得出，新制聚合氯化鋁鐵產(chǎn)品的酸堿度相對穩(wěn)定，其值在4~5之間，這與國家標準相一致，隨著投料比的變化其pH值的變化不大。由圖2可以得出，制備產(chǎn)品的鹽基度在一定范圍內(nèi)隨著氯化鋁和新制凝膠氫氧化鐵的摩爾比的減小而增大，但到一定比(1:9)時鹽基度略有下降。從圖2~圖4可以看出，產(chǎn)品對水樣濁度、COD的去除率曲線和產(chǎn)品的鹽基度曲線基本相似，實驗結果與理論相一致[14]。PAFC對水樣濁度、COD的去除率隨著鹽基度的增大而增加。從圖3~圖4還可以看出在實驗條件六水氯化鋁物質(zhì)的量為0.04mol,新制凝膠氫氧化鐵的物質(zhì)的量為0.16mol，乙醇體積為40mL時產(chǎn)品的鹽基度、濁度和COD的去除率也最高。在水處理的過程中，鹽基度是一個很重要的指標，產(chǎn)品的鹽基度較高，待處理水的濁度和COD的去除率會比較高，絮凝劑的效果也就越好，可以達到比較理想的處理效果［15-16］。2.3結果分析2.3.1投料比對產(chǎn)品性能的影響如實驗1、2、3、4、6在同體積乙醇溶劑中，在一定范圍內(nèi)隨著氯化鋁和新制凝膠氫氧化鐵的摩爾比的減小產(chǎn)品的鹽基度隨之增大。但隨著氫氧化鐵的物質(zhì)的量所占比的增大鹽基度的增度變小，到實驗6時產(chǎn)品的鹽基度有所下降。這是由于Cl-的數(shù)量相對較少對凝膠氫氧化鐵的復合共聚效果變差，產(chǎn)品中會摻雜部分未聚合的氫氧化鐵，這樣產(chǎn)品的質(zhì)量就會變差，對處理水樣的濁度和COD的去除率也變小。2.3.2溶劑量對產(chǎn)品性能的影響如實驗4、5在相同投料比的情況下，實驗5加入溶劑量偏多，新制備的產(chǎn)品的鹽基度、濁度和COD的去除率也有一個小幅度的提升。這是由于溶劑量的多少影響了產(chǎn)品的聚凝效果，或者影響到聚合氯化鋁鐵的形態(tài)，這還需要進一步驗證。但隨著溶劑量的增加，產(chǎn)品的性能變化不大，而只能增加反應時間和能量的消耗。3結論實驗以六水氯化鋁和三氯化鐵為原料在無水乙醇溶液中復合共聚生成PAFC。并且試驗以n(Al)：n(Fe)投料不同摩爾比和溶劑乙醇的用量兩個方向研究了新方法的最佳工藝條件。在溶劑量相同的條件下，比較了不同n(Al)：n(Fe)摩爾比的聚合氯化鋁鐵固體對產(chǎn)品的鹽基度、濁度和COD的去除率的影響;同摩爾比的條件下，確定了溶劑的最佳用量。由實驗得出當氯化鋁物質(zhì)的量為0.04mol,新制凝膠氫氧化鐵的物質(zhì)的量為0.16mol,乙醇體積為40mL時制備周期最短，產(chǎn)品的鹽基度、濁度和COD的去除率也最高，絮凝效果最好，可以達到比較理想的處理效果。參考文獻［1］伍敏莉.聚合硫酸鋁鐵的制備與應用研究［D］.南寧:廣西大學環(huán)境科學與工[2]胡弘餛.聚合氯化鋁鐵的制備及其應用研究[D].成都:四川大學化學學院，2002:6-12.[3]章小芬.聚合氯化鋁鐵的制備及其應用[J].廣州化工，2012,40(8):117-119.[4]潘碌亭，束玉保，王鍵.聚合氯化鋁絮凝劑的制備技術研究現(xiàn)狀與進展[J].工業(yè)用水與廢水，2008,39(3):21-25.[5]皮新華.PAFC給水處理的試驗研究[D].上海:同濟大學環(huán)境科學與工程學院，2007:11-17.[6]白強.無機高分子絮凝劑聚合氯化鐵的制備與應用[J].技術與工程應用，2008,39(3):21-25.[7]SladkovV,FourestB.Simultaneousdeterminationofuraniumcarbidedissolutionproductsbycapillaryzoneelectrophoresis[J].JournalofChromatographyA,2009.1216:2605-2608.[8]任根寬.復合型絮凝劑聚合氯化鋁鐵的合成[J].無機鹽工業(yè)，2011,43(6):55-58.[9]王雪楓，馬鳳云，董毅.高效無機絮凝劑——聚合鋁鐵的合成及應用[J].新疆大學學報(理工版)，2001,18(1):99-104.[10]胡弘餛.聚合氯化鋁鐵的制備及其應用研究[D].成都:四川大學化學學院，2002:23-24.[11]楊德俊.絡合滴定的理論和應用[M].北京:國防工業(yè)出版社，1998:112-113..[12]皮新華.PAFC給水處理的試驗研究[D].上海:同濟大學環(huán)境科學與工程學院,2007:25-29.[13]高寶玉等.用煤砰石制備聚合氯化鋁鐵絮凝劑的研究[J].環(huán)境科學，1996,17(4):62-64.[14]TangHX,StummW.ThecoagulationbehaviorsofFe(III)polymericspecies[J].WaterRes,1987,21:115-124.[15]趙奎霞，李中和，趙華