无机高分子助凝剂聚硅酸钛的制备及其特性研究

摘要

在混凝过程中添加合适的助凝剂有时能加强混凝效果。活化硅酸作为一种无机高分子助凝剂,具有制造工艺简单,价格低廉,无有毒有害残留物质等优点,但是其性质极不稳定,且其分子量与有机助凝剂相比仍有差距,因此,对活化硅酸的性质进行研究,试图提高其聚合度和稳定性并加以应用具有重要意义。
　　本研究通过测定活化硅酸在一定 pH的水中的分散物的颗粒粒径和 Zeta电位随着活化时间的变化趋势,考查了反应初始pH及SiO2质量浓度对其性质的影响。结果表明,合适的条件为反应初始pH=10、SiO2质量浓度为1％且活化48h。为了改进活化硅酸的性质,提出了一种在活化硅酸制备过程中向其中添加TiCl4来制备聚硅酸钛的方法,研究了 TiCl4与浓硫酸的加药先后顺序以及 TiCl4的投加量对聚硅酸钛性质的影响。结果表明,通过向水玻璃溶液中先添加浓硫酸再添加TiCl4,使得Si/Ti摩尔比为20且活化48h能制备得到性质较为稳定的聚硅酸钛;与活化硅酸相比,其在一定pH的水中分散物的粒径更大,Zeta电位更高。通过红外光谱分析证明金属钛离子参与了聚合反应,聚硅酸钛中有Ti-O-Si键生成。通过扫描电镜及荧光显微镜分析对比它们的形貌发现,固态的聚硅酸钛的形貌为连片状聚集分布,液态时其为长链状聚集分布,其与球状分布的活化硅酸相比能起到更好的吸附架桥作用。
　　以Si/Ti摩尔比为20条件下制得的聚硅酸钛为助凝剂,用Al2(SO4)3为混凝剂进行混凝试验,考查了聚硅酸钛在混凝除浊及除腐殖酸时的助凝效果并与活化硅酸相对比。结果表明,在混凝除浊时添加聚硅酸钛助凝剂可以显著提高处理效果,且能拓宽混凝的有效pH范围(在pH=6~8时候均适用)。其中在pH=7,Al2(SO4)3投加量为10mg/L,同时添加聚硅酸钛助凝剂使得Si/Al摩尔比为2的时候能达到最优除浊效果,其出水浊度为1.05NTU,浊度去除率为98.3%,助凝效果优于活化硅酸。在混凝去除水中的腐殖酸时,以出水的UV254和DOC为指标考查其助凝效果并与活化硅酸作对比,结果表明,聚硅酸钛比活化硅酸具有更强的助凝作用,其能拓宽对UV254的去除适用pH范围,同时能明显提高对DOC的去除效果,其中在 Al2(SO4)3投加量为80mg/L,硅铝摩尔比为2的条件下,在 pH=6~8时,对UV254的去除率均达到了98%以上,而在pH=6时,出水DOC低至1.82mg/L,去除率达到了74.0%。

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1 绪论

1.1 国内外活化硅酸及聚硅酸金属盐的研究现状

1.2 混凝对水中胶粒及腐殖酸的去除

1.3 本课题的研究背景及意义

2 研究的内容与方法

2.1 研究的内容

2.2 实验材料

2.3 实验方法

2.4 实验主要测定的指标

3 活化硅酸及聚硅酸钛的制备及性质分析

3.1 初始pH值对活化硅酸性质的影响

3.2 SiO2质量浓度对活化硅酸性质的影响

3.3 加药顺序对聚硅酸钛性质的影响

3.4 TiCl4的投加量对聚硅酸钛性质的影响

3.5 活化硅酸及聚硅酸钛的保存周期

3.6 活化硅酸及聚硅酸钛结构与形态研究

3.7 小结

4 聚硅酸钛的助凝特性研究

4.1 混凝除浊时的助凝特性

4.2 混凝除腐殖酸时的助凝特性

4.3 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

硕士在读期间研究成果