聚合硅酸硫酸铝铁絮凝剂的制备与性能机理研究

摘要

本文以工业硫酸铝、硫酸亚铁、水玻璃、氯酸钠、浓硫酸和工业氢氧化钠为原料，利用复合共聚法，研制出了聚合硅酸硫酸铝铁(Polyaluminumferricsilicate-sulfate，简称PAFSS）絮凝剂，研究了Al/Fe/Si摩尔比、碱化度(B)等因素对PAFSS性能的影响，然后应用多种光学分析测试技术及化学分析方法，对PAFSS物化特性进行了系统地研究。利用透射电境观察了PAFSS的结构形貌；利用红外光谱分析法和X射线衍射法对PAFSS中聚硅酸与Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)及铝铁水解产物间的相互作用进行了分析；利用Ferron逐时络合比色法研究了PAFSS中铝、铁的形态分布规律；利用pH滴定法研究了PAFSS中Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)的水解—聚合反应过程。以模拟水样、松花江水、牡丹江海浪水、连云港蔷薇河水为处理对象，通过混凝搅拌试验,系统地分析了PAFSS的絮凝性能，并与硫酸铝(AS)、复合铝铁(PAFC)、聚合硫酸铁(PFS)等常规絮凝剂进行比较，考查了PAFSS在去除浊度、色度、CODMn、UV254、氨氮等方面的优势，重点试验了PAFSS处理低温低浊水的性能，并对处理后出水的剩余铝含量进行了测定，探讨了PAFSS的絮凝机理，最后分析了PAFSS的经济效益和社会效益。
　　研究结果表明：Al/Fe/Si摩尔比、碱化度(B)和熟化时间对PAFSS絮凝性能有一定的影响；聚硅酸与铝离子、铁离子及铝铁水解产物间存在一定的络合作用，这种作用对PAFSS聚集体的结构形貌，铝离子、铁离子的水解—聚合过程及Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)水解产物的形态分布都有一定的影响，其影响程度取决于Al/Fe/Si摩尔比和碱化度(B)的大小。混凝效果试验表明：PAFSS对水中浊度、色度、有机物及UV254有很好的去除性能，适用pH范围宽，出水残余铝含量低，对低温低浊水的处理效果较常用混凝剂优异。通过对PAFSS絮凝机理分析，认为PAFSS是主要通过吸附电中和和吸附架桥两方面作用对胶体起絮凝作用的。综合研究结果表明：PAFSS是一种安全、高效的无机高分子絮凝剂，有很好的开发前景。

目录

聚合硅酸硫酸铝铁絮凝剂的制备与性能机理研究

STUDY ON PREPARATION AND FLOCCULATINGMECHANISM OF THE POLY ALUMINUM FERRICSILICATE-SULFATE COMPLEX FLOCCULANT

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 无机高分子絮凝剂的研究历史与现状

1.2.1 铝系无机高分子絮凝剂

1.2.2 铁系无机高分子絮凝剂

1.2.3 活化硅酸及聚硅酸金属盐类絮凝剂

1.3 本课题要解决的主要问题及主要研究内容

1.3.1 本课题研究要解决的主要问题

1.3.2 本课题研究的主要内容

第2章 试验材料及方法

2.1 试验药剂和仪器

2.1.1 试验药剂

2.1.2 试验仪器

2.2 试验方法

2.2.1 透射电镜观测

2.2.2 红外光谱分析

2.2.3 X 射线衍射分析

2.2.4 Al-Ferron 逐时络和比色

2.2.5 Fe-Ferron 逐时络合比色

2.2.6 CODMn 的测定

2.2.7 UV254 的测定

2.2.8 色度的测定

2.2.9 剩余铝含量测定

2.2.10 氨氮的测定

第3章 聚合硅酸硫酸铝铁的制备及结构表征

3.1 聚硅酸的制备

3.1.1 硅酸的聚合原理

3.1.2 硅酸在溶液中的存在形态

3.1.3 聚硅酸的制备方法及参数控制

3.2 聚合硅酸硫酸铝铁的制备

3.2.1 聚合硅酸硫酸铝铁的制备原理

3.2.2 聚合硅酸硫酸铝铁的制备方法

3.2.3 聚合硅酸硫酸铝铁制备过程中的参数控制

3.3 聚合硅酸硫酸铝铁的结构表征

3.3.1 聚合硅酸硫酸铝铁的透射电镜分析

3.3.2 聚合硅酸硫酸铝铁的红外光谱分析

3.3.3 聚合硅酸硫酸铝铁的X 射线衍射分析

3.3.4 聚合硅酸硫酸铝铁中铝铁的形态分布研究

3.4 本章小结

第4章 聚合硅酸硫酸铝铁的絮凝性能及机理

4.1 试验药剂及水样水质概况

4.2 聚合硅酸硫酸铝铁处理松花江水的絮凝性能

4.2.1 实验内容

4.2.2 试验结果与讨论

4.3 聚合硅酸硫酸铝铁处理海浪河水的絮凝性能

4.3.1 试验内容

4.3.2 试验结果与讨论

4.4 聚合硅酸硫酸铝铁处理蔷薇河水的絮凝性能

4.4.1 试验内容

4.4.2 试验结果与讨论

4.5 聚合硅酸硫酸铝铁的絮凝作用机理探讨

4.6 本章小结

第5章 聚合硅酸硫酸铝铁的经济和社会效益

5.1 聚合硅酸硫酸铝铁的生产成本

5.2 聚合硅酸硫酸铝铁的经济效益

5.3 聚合硅酸硫酸铝铁的社会效益

5.4 本章小结

结论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢