新型凝胶法制备PAC及其在除藻、低温低浊水处理中的应用

摘要

聚合氯化铝PAC是一种应用广泛的无机高分子絮凝剂，具备使用投加量少、混凝效率高、净水性能好、改变水体pH程度不大等众多优点。PAC常用的制备方法很多，包括酸溶二步法、碱溶法等。工业制备PAC常采用酸溶二步法，这种方法需高温高压的生产条件。生产过程中，“酸溶”会对设备产生很强腐蚀性，较长的制备时间严重限制生产效率。同时，工业制备方法所生产的PAC杂质含量高，纯度低。因此，有必要研制一种生产条件温和、生产时间短、纯度高、性能好的PAC的制备方法。
　　论文研制一种新型凝胶法去制备高纯度PAC。以工业级Al(OH)3作原料，在微沸的条件下与微过量碱液快速反应得到偏铝酸钠溶液后，加盐酸调节盐基度即可制得Alb含量很高的PAC。研究了Al(OH)3与碱液配比、盐酸溶液浓度及滴加速度、加热时间、加热温度等因素对制备PAC铝形态的影响。用Al-Ferron逐时络合光度法对新型凝胶法PAC进行了铝形态含量计算，并用核磁共振、红外光谱、XRD等技术手段对其结构进行表征。最后，考察了自制PAC对含藻模拟水样及低温低浊嘉陵江水源水的去除效果，并定性分析絮凝机理。
　　通过单因素实验研究，确定并得到凝胶法PAC的优化合成条件为：当Al(OH)3与NaOH的配比为后者微过量，即Al(OH)3：NaOH=1.00mol:1.50mol；HCl溶液浓度为6.19mol/L，其滴加速度为15.0mL/min，加热温度为80℃，加热时间为0.5—1.0h。新型凝胶法具有制备条件温和，反应时间较短，产品杂质少，纯度高，Alb含量高等优点。
　　通过核磁共振图谱分析，最优条件制备的，OH/Al=2.0的 PAC产品中有丰富Al13结构及类Al13化合态，且将NMR图谱计算的特定铝形态含量与Al-Ferron逐时络合光度法的计算结果进行对比分析。通过XRD分析可知，随着盐基度的增大，产品中代表Al13结构的含量增大，并在OH/Al=2.0时出现非常明显的代表Al13结构的2-Theta。通过红外分析可知，新型凝胶法PAC中存在Al-OH及H-OH基团，高盐基度PAC产品含较多多核羟基络合物。同时，用扫描电镜研究了自制PAC的形貌构象。用自制PAC及几种市售絮凝剂除藻，将形成的絮体预处理后拍摄SEM图像。SEM结果显示自制PAC-藻类絮体结构十分紧密，而且絮体粒径最大。
　　将新型凝胶法PAC用于含藻模拟水样的处理。实验数据显示，OH/Al=2.0的自制PAC，在投加量=6.6mg/L时对除浊=30NTU的含藻水样有很好的去除效果。试验结果表明，自制PAC在一定温度范围内及一定初浊范围内都有很好的除浊、除藻能力，同时保证出水残余铝浓度低于0.2mg/L。用微生物倒置显微镜观测了不同投加量及不同盐基度PAC的除藻絮体。结合Zeta电位分析自制PAC的除藻絮凝机理，分析发现主要是电性中和，其次是网扑卷扫作用。
　　将自制PAC用于低温低浊嘉陵江水源水的处理，考察了其对浊度、叶绿素、高锰酸盐指数、UV254的去除能力。OH/Al=2.0自制PAC在投量范围=15.4—22.0mg/L内具有很好的综合除污能力，并且能保证对原水的pH改变程度较小，同时保持水体中残余铝的浓度低于0.2mg/L。将自制PAC与几种市售PAC、明矾、铁盐絮凝剂作对比，试验结果显示自制PAC具有最高的综合处理能力，絮凝性能优异。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1絮凝剂在水处理中的应用

1.2聚合氯化铝（PAC）的研究进展

1.3 聚合氯化铝中铝形态分类

1.4 羟基聚合铝的典型模型及其水解、聚合机理

1.5 课题研究背景、意义及内容

2 新型凝胶法制备聚合氯化铝PAC

2.1实验部分

2.2新型凝胶法制备PAC流程及其主要原理

2.3新型凝胶法制备流程优化

2.4 PAC产品中铝形态的分析方法

2.5 自制PAC处理低浊水絮凝试验

2.6结果与讨论

2.7本章小结

3 新型凝胶法PAC的表征及形态研究

3.1引言

3.2核磁共振（NMR）分析

3.3 X-射线衍射（XRD）分析

3.4 红外光谱（FTIR）分析

3.5 扫描电镜（SEM）分析

3.6 本章小结

4 自制PAC对含藻水样的处理

4.1引言

4.2实验部分

4.3 自制PAC除藻效果分析

4.4 除藻絮凝机理

4.5 本章小结

5 自制PAC对低温低浊嘉陵江水源水的处理

5.1引言

5.2实验部分

5.3 自制PAC处理低温低浊嘉陵江水

5.4本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C. 作者在攻读学位期间获奖情况