聚合鋯鹽絮凝劑的制備及絮凝性能研究

＊任宏偉 白小虎 袁鐵寒 胡佳慧 譚江妹

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730300）

聚合鋯鹽絮凝劑的制備及絮凝性能研究

＊任宏偉 白小虎 袁鐵寒 胡佳慧 譚江妹

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730300）

本研究將氧氯化鋯預(yù)制水解，制備不同鹽基度的聚合絮凝劑，利用絮凝法考察了聚合鋯鹽絮凝劑制備過程中鹽基度對(duì)其除濁效果的影響。結(jié)果表明，聚合鋯鹽絮凝劑除濁的最佳鹽基度為0.9，在鋯投加量為28mg/L時(shí)，對(duì)高嶺土去除率達(dá)到99.2%，并且提高鹽基度可以降低絮凝劑對(duì)pH值的影響，因此可以作為一種新型的凈水藥劑，有良好的應(yīng)用前景。

聚合鋯鹽絮凝劑；鹽基度；除濁

近年來，水環(huán)境中出現(xiàn)的矛盾越來越突出，隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)及我國可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施,防止污染、保護(hù)環(huán)境的工作已引起各級(jí)政府的高度重視。廢水是環(huán)境最大的污染源,如何治理不同行業(yè)的廢水,使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)是目前迫切需要解決的問題。廢水處理的方法很多,有生化法、吸附法、化學(xué)氧化法、離子交換法、電滲析法、絮凝沉淀法等,其中絮凝沉淀法作為廢水處理的一種重要方法，是一種應(yīng)用最廣泛、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的水處理技術(shù)。通過絮凝作用，可使污水中懸浮微粒形成礬花，并在沉降過程中互相碰撞，使絮狀物顆粒變大逐漸沉淀于底部，最后經(jīng)水處理構(gòu)筑物將其分離除去，達(dá)到凈化水的目的。水處理絮凝劑的發(fā)展經(jīng)歷了從最初的傳統(tǒng)絮凝劑（如硫酸鋁、氯化鐵等）到主要成分為糖蛋白、多糖、蛋白質(zhì)和DNA[6～9]的微生物絮凝劑。其中無機(jī)高分子絮凝劑通過改變鹽基度，使絮凝劑提前水解，增加聚合度，提高絮凝效果。目前，傳統(tǒng)鋁鹽、鐵鹽絮凝劑是在水處理過程中應(yīng)用最廣泛的高分子絮凝劑，但仍有殘留高、出水有顏色等不足之處。因此，對(duì)研發(fā)新型凈水絮凝劑的探索刻不容緩。本研究采用傳統(tǒng)高分子絮凝劑制備過程，在國內(nèi)首次提出制備一種新型聚合鋯鹽絮凝劑，為拓寬水處理藥劑與材料提供一定參考。

1.材料與方法

(1)實(shí)驗(yàn)儀器

JJ-4A六聯(lián)同步自動(dòng)升降攪拌機(jī)；JJ-5測(cè)速電動(dòng)攪拌器電子恒溫不銹鋼水浴鍋；722E型可見分光光度計(jì)；石英比色皿；DELTA 320 pH計(jì)；AL104電子天平。

(2)主要藥品

氧氯化鋯、氫氧化鈉等藥劑均為分析純，高嶺土為化學(xué)純。

(3)實(shí)驗(yàn)方法

聚合鋯鹽絮凝劑的配置：配置0．01mol/L的氧氯化鋯和氫氧化鈉溶液，在80℃水浴加熱條件下，將氫氧化鈉緩慢滴加到一定體積鋯鹽溶液中，持續(xù)攪拌反應(yīng)10min，冷卻至室溫后，一定鹽基度的聚合鋯鹽絮凝劑制備成功。

高嶺土水樣的配置：稱量2g高嶺土置于燒杯中，攪拌溶解后，轉(zhuǎn)移至1000ml容量瓶，用自來水稀釋到標(biāo)線，此溶液為標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，每毫升含高嶺土2mg，使用前必須搖勻。取上述溶液50ml，轉(zhuǎn)移至2000ml容量瓶，用自來水稀釋到標(biāo)線，配置成50mg/L的高嶺土水樣待用。

在JJ-4A六聯(lián)同步自動(dòng)升降攪拌機(jī)上進(jìn)行試樣攪拌，將含砷水樣轉(zhuǎn)移至一系列500mL的玻璃燒杯中，加入一定量的不同鹽基度聚合鋯鹽絮凝劑，先以200r/min攪拌1min，再以60r/min攪拌15min。攪拌結(jié)束后，取下燒杯，靜置30min。在液面下方1～2cm處取溶液，550nm波長下測(cè)量吸光度，計(jì)算去除率。本研究中投加量以鋯元素質(zhì)量濃度計(jì)。

2.結(jié)果與討論

(1)絮凝劑的制備與高嶺土標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖1 不同鹽基度絮凝劑

上圖為已經(jīng)制備好的不同鹽基度聚合鋯鹽絮凝劑，可見隨著鹽基度的增大，絮凝劑溶液逐漸產(chǎn)生微白絮狀沉淀，鹽基度為0．9絮凝劑溶液澄清、品質(zhì)均勻可保存30天不變質(zhì)。

圖2 高嶺土濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

如圖2所示，高嶺土濃度在0～100mg/L范圍內(nèi)，曲線隨著高嶺土濃度的增加而遞增，吸光度值與高嶺土濃度呈線性關(guān)系（R2=0．999），不同高嶺土濃度可以在550nm波長下通過測(cè)量吸光度來反映。

(2)不同鹽基度聚合鋯鹽絮凝劑除濁性能

圖3 不同鹽基度聚合鋯鹽絮凝劑除濁效果圖

向50mg/L高嶺土水樣中投加一定量的鹽基度為0、0．3、0．6、0．9、1．2、1．5的聚合鋯鹽絮凝劑，攪拌反應(yīng)后，結(jié)果如上圖所示，總的來說，去除率隨著鋯投加量的增大而升高，達(dá)到最大值后，去除率開始下降，下降原因可能是隨著投加量的增加，溶液出現(xiàn)反渾。具體來看，鹽基度為0．3的絮凝劑去除效果不佳，鹽基度為1．5的絮凝劑在較大投加量（21～35mg/L）下，去除效果較好，鹽基度0．9的絮凝劑除濁效果好于其他鹽基度，在鋯投加量為28mg/L時(shí)，去除率達(dá)到99．2%。由此可見，聚合鋯鹽絮凝劑除濁性能較好，可以作為一種新型的凈水藥劑。

圖4 絮凝反應(yīng)后水樣pH圖

上圖為絮凝反應(yīng)后水樣pH比較圖，整體來看，鋯投加量增大過程中，pH值逐漸降低，絮凝劑呈酸性，當(dāng)鹽基度增加時(shí)，投加絮凝劑后，水樣pH變化越小，可見提高鹽基度可以降低絮凝劑對(duì)pH值的影響。

3.結(jié)論

本研究探討一種新型金屬鹽絮凝劑，只為拓寬絮凝劑領(lǐng)域做一些基礎(chǔ)性的嘗試。新型鋯鹽絮凝劑制備簡(jiǎn)單，對(duì)高嶺土去除最佳鹽基度為0．9，在此條件下，鋯投加量為28mg/L時(shí)，鋯鹽絮凝劑對(duì)50mg/L高嶺土水樣的去除效率達(dá)到99．2%，凈水效果好，有較好的應(yīng)用前景。

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Preparation and flocculation performance of polymerized zirconium flocculants

Ren Hongwei, Bai Xiaohu, Yuan Tiehan, Hu Jiahui, Tan Jiangmei
(Institute of Chemical Technology,Northwest University for Nationalities, Gansu, 730300)

In this study, a novel polymerized zirconium flocculants was prepared by using prehydrolyzed zirconium oxychloride. The flocculation process was used to study the effect of basicity on the removal of turbidity by the flocculants. The results showed that the optimum basicity of the polymerized zirconium flocculants was 0.9. The removal rate of kaolin reached 99.2% at the zirconium dosage of 28mg/L. The flocculants has little effect on the pH value of water samples as basicity values increased. Polymerized zirconium floucculants could be used as a prospect agent for waste water treatment.

Polymerized zirconium flocculant；Basicity；Removal of turbidity

T

A

(責(zé)任編輯李鵬波）

西北民族大學(xué)國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201610742059）。

任宏偉（1994～），男，西北民族大學(xué)化工學(xué)院，研究方向：聚合絮凝劑理論與技術(shù)。