纤维素接枝含硼聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法及应用

摘要

本发明公开了一种纤维素接枝含硼聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法及应用，该絮凝剂以硅酸钠、铝盐、铁盐为主要原料，在酸性条件下聚合制备聚硅酸铝铁，并添加硼元素进行改性得到含硼聚硅酸铝铁，然后引入纤维素接枝，得到纤维素接枝含硼聚硅酸铝铁复合絮凝剂。本发明所制备的絮凝剂主要用于印染废水的处理，无需调节废水pH，脱色率和CODCr去除率高、沉降速度快、污泥量少。

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种纤维素接枝含硼聚硅酸铝铁复 合絮凝剂的制备方法及应用。

背景技术

随着我国经济的腾飞，环境污染问题日益严重，国家也开始重视对污 染的治理。水资源的保护及废水处理是亟待解决的环境问题，絮凝是 水处理技术中最重要的操作过程之一。其中染料废水具有成分复杂、 浓度高、色度高、难降解等特点，是我国主要的有害废水之一。处理 该类废水，首先要解决脱色问题。其中脱色率、COD去除率是衡量絮凝 剂性能的重要指标。

聚硅酸金属盐是一类新型无机高分子絮凝剂，是在聚硅酸(即活化硅酸 )与传统的铝盐、铁盐絮凝剂进行复合而发展起来的复合絮凝剂。由于 该絮凝剂同时具有电中和及吸附架桥作用，絮凝性能优良，且易于制 备，价格便宜，成为絮凝剂研究的热点。聚硅酸盐类絮凝剂主要分为 以下三类：含单种金属的聚合硅酸盐，含两种金属的聚合硅酸盐，以 及含多种金属的聚合硅酸盐。

但是聚硅酸金属盐絮凝剂稳定性较差，易自行聚合形成不溶于水的沉 淀或凝胶，失去絮凝功效，尤其是聚硅酸浓度越高越容易形成凝胶。 有研究表明将四硼酸钠加入聚硅酸盐絮凝剂中能阻碍硅酸的聚合。为 了提高絮凝剂的稳定性以及絮凝性能，笔者将聚硅酸和铝盐、铁盐进 行复合，并加入稳定助剂四硼酸钠，并与活化后的甲基纤维素胶体溶 液进行复合，制备了一种纤维素接枝含硼聚硅酸铝铁复合絮凝剂（MC -B-PSAF）。

发明内容

本发明提供了一种纤维素接枝含硼聚硅酸铝铁复合絮凝剂的制备方法 。该絮凝剂的合成以甲基纤维素、九水硅酸钠、铝盐、铁盐、四硼酸 钠为原料，在酸性体系中合成含硼聚硅酸铝铁絮凝剂，并将糊化后的 甲基纤维素与之复配，得到纤维素接枝聚硅酸盐复合絮凝剂。

结果表明，该新型絮凝剂（MC-B-PSAF）是一种处理效果优异，用量少 的新型无机高 分子复合絮凝剂，具有良好的实际应用前景。具体制备过程如下：

（1）硅酸活化：配制浓度为0.3~0.6mol/L的硅酸钠溶液，将其加入2 mol/L硫酸溶液中，调节pH为3.5~5.5，常温下搅拌至溶液出现淡蓝色 时，用硫酸溶液调节pH=1.5，继续聚合1~2h即得到聚硅酸溶液。

（2）含硼聚硅酸铝铁合成：按摩尔比Al／Si=0.5~2.0，Fe／Si=0.5~ 2.0取铝盐、铁盐溶液依次加入聚硅酸溶液中，搅拌聚合2h后加入按摩 尔比B／Si=0.05~0.2加入溶解后的四硼酸钠，继续搅拌聚合2h以上。

（3）甲基纤维素接枝：按纤维素：Si质量比=0.5~2.0称取纤维素，在 90℃下糊化2h，待糊化后的纤维素冷却后加入含硼聚硅酸铝铁中，搅 拌至溶液完全混合不分层，静置熟化24h得到纤维素接枝含硼聚硅酸铝 铁复合絮凝剂。合成的絮凝剂可直接使用，或将熟化完成的絮凝剂于 70℃固化后研磨，得到浅黄色粉末状固体。

进一步，步骤（2）中，铝盐溶液、铁盐溶液滴加速度为1~5滴/s。

进一步，步骤（3）所述纤维素为甲基纤维素或羟丙基纤维素等纤维素 衍生物。

本发明所述的纤维素接枝含硼聚硅酸铝铁复合絮凝剂主要适用于碱性 印染废水的处理，也可用于其余色度高、金属离子含量较多的工业废 水。

 本发明合成的纤维素接枝含硼聚硅酸铝铁复合絮凝剂使用方法如下 ：取碱性印染废水或调节酸性印染废水至碱性，每50ml废水中加入1m L液态絮凝剂或10mg固态絮凝剂，先快速搅拌1min，再慢速搅拌10min ，静置30min后取1~2cm处上清液测定COD_Cr去除率和脱色率。CODCr去除 率达80%以上，脱色率达94%以上。

本发明的优点：

本发明合成的絮凝剂可用于碱性印染废水处理，成本低，用量少，相 比同类产品，COD_Cr去除率和色度去除率高、絮凝沉降速度快。硼元素 的引入增加了絮凝剂稳定性，延长了絮凝剂寿命。纤维素的引入，延 长了絮凝剂分子链，增加了吸附网捕能力，与铝盐、铁盐电中和协同 作用，提高絮凝剂絮凝能力；

具体实施方式

实施例1

（1）配制0.4mol/L硅酸钠溶液，加入2mol/L硫酸溶液中，调节pH=5. 0，快速搅拌至溶液出现淡蓝色，调节pH=1.5，继续搅拌聚合2h，得到 聚硅酸溶液；

（2）按摩尔比Fe/Si=1.0，Al/Si=1.0，往聚硅酸溶液中依次滴加1mo l/LAl³⁺溶液与 1mol/LFe³⁺溶液混合液，滴加完成后继续搅拌聚合2h， 得到聚硅酸铝铁。

（3）按B/Si摩尔比=0.05称取四硼酸钠，加去离子水溶解后加入聚硅 酸铝铁中，继续搅拌2h，得到含硼聚硅酸铝铁。

（4）按甲基纤维素：Si质量比为=1:1称取甲基纤维素，加入去离子水 中，加热至90℃糊化2h。待糊化后的纤维素冷却后加入含硼聚硅酸铝 铁中，快速搅拌2h后，静置熟化24h，得到纤维素接枝含硼聚硅酸铝铁 复合絮凝剂。

（5）在500mL托拉司红模拟废水中加入1mL絮凝剂，先快速搅拌1min， 再慢速搅拌10min，静置30min取1~2cm处上清液测定COD_Cr和脱色率，C OD_Cr去除率为98.97%，脱色率97.66%。

实施例2

（1）配制0.4mol/L硅酸钠溶液，加入2mol/L硫酸溶液中，调节pH=5. 0，快速搅拌至溶液出现淡蓝色，调节pH=1.5，继续搅拌聚合2h，得到 聚硅酸溶液；

（2）按摩尔比Fe/Si=1.0，Al/Si=1.0，往聚硅酸溶液中依次滴加1mo l/LAl3+溶液与 1mol/LFe3+溶液混合液，滴加完成后继续搅拌聚合2 h，得到聚硅酸铝铁。

（3）按B/Si摩尔比=0.1称取四硼酸钠，加去离子水溶解后加入聚硅酸 铝铁中，继续搅拌2h，得到含硼聚硅酸铝铁。

（4）按甲基纤维素：Si质量比为=1:1称取甲基纤维素，加入去离子水 中，加热至90℃糊化2h。待糊化后的纤维素冷却后加入含硼聚硅酸铝 铁中，快速搅拌2h后，静置熟化24h，得到纤维素接枝含硼聚硅酸铝铁 复合絮凝剂。

（5）在500mL托拉司红模拟废水中加入1mL絮凝剂，先快速搅拌1min， 再慢速搅拌10min，静置30min取1~2cm处上清液测定COD_Cr和脱色率，C OD_Cr去除率为99.37%，脱色率98.46%。

实施例3

（1）配制0.5mol/L硅酸钠溶液，加入2mol/L硫酸溶液中，调节pH=5. 0，快速搅拌 至溶液出现淡蓝色，调节pH=1.5，继续搅拌聚合2h，得到聚硅酸溶液 ；

（2）按摩尔比Fe/Si=1.5，Al/Si=2.0，往聚硅酸溶液中依次滴加1mo l/LAl³⁺溶液与 1mol/LFe³⁺溶液混合液，滴加完成后继续搅拌聚合2h， 得到聚硅酸铝铁。

（3）按B/Si摩尔比=0.15称取四硼酸钠，加去离子水溶解后加入聚硅 酸铝铁中，继续搅拌2h，得到含硼聚硅酸铝铁。

（4）按甲基纤维素：Si质量比为=1.5:1称取甲基纤维素，加入去离子 水中，加热至90℃糊化2h。待糊化后的纤维素冷却后加入含硼聚硅酸 铝铁中，快速搅拌2h后，静置熟化24h，得到纤维素接枝含硼聚硅酸铝 铁复合絮凝剂。将熟化完成的絮凝剂于70℃固化后研磨，得到浅黄色 粉末状固体。

（5）在500mL托拉司红模拟废水中加入10mg絮凝剂，先快速搅拌1min ，再慢速搅拌10min，静置30min取1~2cm处上清液测定COD_Cr和脱色率， COD_Cr去除率为95.90%，脱色率97.69%。

实施例4

（1）配制0.5mol/L硅酸钠溶液，加入2mol/L硫酸溶液中，调节pH=5. 0，快速搅拌至溶液出现淡蓝色，调节pH=1.5，继续搅拌聚合2h，得到 聚硅酸溶液；

（2）按摩尔比Fe/Si=1.5，Al/Si=2.0，往聚硅酸溶液中依次滴加1mo l/LAl3+溶液与 1mol/LFe3+溶液混合液，滴加完成后继续搅拌聚合2 h，得到聚硅酸铝铁。

（3）按B/Si摩尔比=0.2称取四硼酸钠，加去离子水溶解后加入聚硅酸 铝铁中，继续搅拌2h，得到含硼聚硅酸铝铁。

（4）按甲基纤维素：Si质量比为=1.5:1称取甲基纤维素，加入去离子 水中，加热至90℃糊化2h。待糊化后的纤维素冷却后加入含硼聚硅酸 铝铁中，快速搅拌2h后，静置熟化24h，得到纤维素接枝含硼聚硅酸铝 铁复合絮凝剂。将熟化完成的絮凝剂于70℃固化后研磨，得到浅黄色 粉末状固体。

（5）在500mL托拉司红模拟废水中加入8mg絮凝剂，先快速搅拌1min， 再慢速搅拌10min，静置30min取1~2cm处上清液测定COD_Cr和脱色率，C OD_Cr去除率为90.69%，脱色率96.05%。