无机高分子复合混凝剂聚合硫酸铝铁(PAFS)的制备、表征和应用

摘要

论文以工业副产品FeSO4·7H2O为原料，采用浓HNO3作为强氧化剂，Al2(SO4)3为添加剂制备复合混凝剂聚合硫酸铝铁(PAFS)，采用红外光谱法、XRD法、SEM法对产品的结构进行表征，并将其应用于腐殖酸和直接深棕染料废水的处理。腐殖酸是一种复杂的有机物，它的形成需要经过长期的物理、化学和生物的作用。它的存在，一方面易与水体中的金属离子发生络合作用，所形成的污染物复杂而且难以去除；另一方面它会在水厂加氯消毒时与氯气反应，所生成的DBPs和THMs物质具有致癌的作用，会对人体造成危害。而直接深棕是联苯胺型偶氮染料，能释放有害的芳香胺，它是能够导致“三致效应”即致癌、致畸、致突的有毒物质，长时间的接触会对人体产生危害
　　 论文的主要研究内容如下：
　　 (1)1以FeSO4·7H2O为原料，采用浓HNO3作为强氧化剂，Al2(SO4)3为添加剂，研究了反应温度、反应时间、AL/Fe摩尔比、碱化度(OH/Fe)对产品混凝性能的影响，确定了较优的制备工艺条件。研究结果表明：当反应温度为80℃，反应时间为40min，Al/Fe摩尔比为1:9，碱化度(OH/Fe)为0.3时，混凝剂具有较强的混凝性能。
　　 (2)通过X-射线衍射分析可知，PAFS与PFS相比，出现了一些新的物相，这表明由于Al3+的加入，使得PAFS形成了新的物相，说明PAFS是在PFS的基础上制备的一种新型无机高分子混凝剂。而它的的主要物相是类似于Fe0.2(Fe，Ti)0.6(SO4)(OH)0.8·0.2H2O的晶体结构，这说明PAFS是一种羟基聚合物。红外光谱分析显示，PAFS中含有以羟基桥联的铁的聚合物Fe-OH-Fe，和以羟基桥联的铝的聚合物Al-OH-Al。扫描电镜表征了PAFS的形貌结构。
　　 (3)将自制的PAFS用于处理腐殖酸水溶液，当进行单因素实验时，发现去除效果与快搅速度、快搅时间、慢搅时间、pH值、PAFS投加量有关。当快搅速度为350rpm，快搅时间为120s，慢搅速度为40rpm，慢搅时间为12min，混凝剂投加量(Fe)为2.52mg/L，pH为7时，腐殖酸去除率达到最大为94.6％。选取快搅时间、pH值、快搅速度进行三因素三水平的响应面分析，优化后结果为当快搅时间120s，pH为7.07，快搅速度为350rpm，按此条件所得腐殖酸去除率为94.3％。实际运行结果为95.2％.与模拟值相接近，说明模型具有很强的可操作性。将自制的PAFS与工业生产的混凝剂PFS和PAC对腐殖酸的去除效果进行对比，当快搅速度为350rpm，快搅时间为120s，慢搅速度为40rpm，慢搅时间为12min，pH为9，投加量为8～14μl/l时，自制的PAFS对腐殖酸的去除率高于工业生产的PFS和PAC。
　　 (4)将自制的PAFS用于处理直接深棕印染废水，当进行单因素实验时，当PAFS的投加量(Fe)为27mg/L，快搅速度为300rpm，快搅时间为210s，慢搅速度为75rpm，慢搅时间为15min，pH值为9时，直接深棕印染废水色度去除效果最佳，达到90.3％。将自制的PAFS与工业生产的PFS和PAC对直接深棕的去除效果进行比较，将自制的PAFS与工业生产的PFS和PAC对直接深棕的去除效果进行对比，当快搅速度为300rpm，快搅时间为210s，慢搅速度为75rpm，慢搅时间为15min，pH值为8，投加量为最佳投加量的时，PAFS对直接深棕的去除效果高于PFS。