一种无机复合絮凝剂的制备及其对染料废水的处理

摘要

水资源问题仍然是纺织印染业发展过程中面临的主要问题。其中染料废水若处理不当会对人体有极其不利的影响。絮凝法由于成本较低且操作简单在处理染料废水而得到了广泛的应用，其中硅酸盐絮凝剂可同时具有吸附桥架及电中和作用而被越来越多的学者关注。目前已有学者研究聚合硅酸镁絮凝剂处理染料废水的报告，聚合硅酸镁絮凝剂在取得较好脱色效果的同时也存在pH范围窄、絮凝过程中污泥体积大的缺点。
　　根据铁、锌离子的特点，首先铁、锌离子的pH在从酸性到碱性变化的过程中均具有较好的脱色效果且铁、锌离子在絮凝过程中可以使絮体更加密实从而较少了污泥的体积。所以本研究在制备好聚硅酸后在引入镁盐后继续复合了铁盐和锌盐，从而制备出了一种不仅具有较好脱色效果且比聚合硅酸镁具有更宽pH适用范围、絮凝过程中污泥体积也更少的聚合硅酸铁锌镁絮凝剂，首先对聚硅酸铁锌镁的制备条件进行探索并对其结构进行表征，又研究聚合硅酸铁锌镁絮凝剂对刚果红染料废水的处理效果及絮凝过程中污泥体积的变化并和聚合硅酸镁进行了对比。
　　研究结果表明，为了让聚硅酸溶液有一个适宜的稳定存在时间，在常温条件下制备硅酸溶液时时控制为SiO2溶液的初始浓度为0.4mol/L，初始pH值为5.5是较为适宜的操作条件，此时聚硅酸稳定存在的时间约为8min。通过正交实验对铁、锌、镁和硅的物质的量比进行了研究，实验结果表明铁、锌、镁和硅的最佳物质的量比为1∶4∶1∶2。
　　分别对对聚合硅酸铁锌镁和聚合硅酸镁絮凝剂进行了结构表征，结果表明:聚合硅酸铁锌镁是一种无定形的高分子聚合物，而聚合硅酸镁是一种具有晶型结构的物质;聚合硅酸镁表面有不规则的条纹，而聚合硅酸铁锌镁表面有很多不规则的附着物，这是由于硅和金属离子由于螫合作用生成的无定形物质，增大了聚合硅酸铁锌镁的表面积进而增强其絮凝能力;红外光谱表明聚合硅酸铁锌镁溶液比聚合硅酸镁含有更多的羟基，使得聚合硅酸铁锌镁絮凝剂比聚合硅酸镁絮凝剂具有更好的吸附性能，也印证了聚合硅酸铁锌镁絮凝剂具有网状结构，这也和聚硅酸的聚合机制相吻合。
　　通过聚合硅酸镁和聚合硅酸铁锌镁分别对刚果红染料进行脱色实验，将两者的絮凝性能进行了对比，首先聚合硅酸铁锌镁絮凝剂的适用pH范围比聚合硅酸镁絮凝剂更宽，聚合硅酸铁锌镁絮凝剂在pH值从9.0～13.0的变化过程中对刚果红溶液的脱色率均在90％以上，而聚合硅酸镁絮凝剂仅在pH值从12.0～13.0的变化过程中有较好的脱色效果。其次聚合硅酸铁锌镁絮凝剂在取得较好脱色效果的同时污泥体积也比使用聚合硅酸镁絮凝剂时少，这和铁、锌离子的加入有密切的关系。因此相对于聚合硅酸镁絮凝剂，聚合硅酸铁锌镁絮凝剂改善了其在处理染料废水时存在pH适用范围窄和絮凝过程中污泥体积大的不足。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1．1 染料废水

1．1．2 染料废水的处理方法

1．2 絮凝剂的定义和分类

1．2．1 絮凝剂的定义

1．2．2 絮凝剂的分类

1．3 无机高分子絮凝剂的发展概况

1．4 聚硅酸金属盐复合高分子絮凝剂的研究和发展

1．4．1 含一种金属离子的聚硅酸金属盐复合絮凝剂

1．4．2 含两种金属离子的聚硅酸金属盐复合絮凝剂

1．4．3 含多种金属离子的聚硅酸金属盐复合絮凝剂

1．5 絮凝剂作用机理

1．6 本课题研究的目的和意义

2．1．1 实验药剂

2．1．2 实验水样

2．1．3 实验仪器及设备

2．2．1 絮凝剂的制备

2．2．2 絮凝实验

2．2．4 X-射线衍射分析

2．2．5 傅里叶红外光谱(FT-IR)

2．2．6 扫描电镜(SEM)

第三章 聚硅酸铁锌镁絮凝剂的制备、絮凝性能及结构表征

3．1 聚硅酸的制备

3．1．1 聚硅酸的聚合机制

3．1．2 聚硅酸的制备方法及参数控制

3．2 聚硅酸铁锌镁的制备与絮凝性能

3．2．1 聚硅酸铁锌镁的制备原理

3．2．2 聚硅酸铁锌镁絮凝剂的制备方法

3．2．3 聚合硅酸铁锌镁中各物质的摩尔比对脱色效果的影响

3．3 聚硅酸铁锌镁的结构表征

3．3．1 聚合硅酸铁锌镁的X-射线衍射分析

3．3．2 聚合硅酸铁锌镁絮凝剂的SEM分析

3．3．3 聚合硅酸铁锌镁的FT-IR分析

3．4 本章小结

第四章 聚硅酸铁锌镁絮凝剂处理染料废水的应用研究

4．1 实验内容

4．2 初始pH和絮凝剂用量对刚果红溶液脱色率的影响

4．2．1 初始pH对刚果红溶液脱色率的影响

4．2．2 絮凝剂用量对刚果红溶液脱色率的影响

4．3 初始pH和絮凝剂用量对絮凝过程污泥体积的影响

4．3．1 初始pH对絮凝过程污泥体积的影响

4．3．2 絮凝剂用量对絮凝过程污泥体积的影响

4．4 聚合硅酸铁锌镁和聚合硅酸镁在处理刚果红染料废水时的对比

4．5 小结

第五章 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间论文发表情况