新型無機(jī)高分子絮凝劑研究進(jìn)展

王 茜，趙 磊

（六盤水師范學(xué)院，貴州 六盤水 553004）

絮凝劑是礦業(yè)、化工、石油、環(huán)保等領(lǐng)域常用的水處理藥劑[1-5]，它能夠?qū)⒁合嘀袘腋〉奈⒘＞奂?lián)結(jié)形成粗大的絮團(tuán)，從而加速沉降分離，改善水處理效果。絮凝劑主要分為有機(jī)高分子絮凝、無機(jī)高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。由于大多數(shù)合成的有機(jī)高分子絮凝劑本身或其水解產(chǎn)物有較大毒性，且價(jià)格較高，應(yīng)用受到一定限制。微生物絮凝劑在尋找和培養(yǎng)等方面都較困難。而無機(jī)高分子絮凝劑具有低毒或無毒、價(jià)格低廉、原料來源廣泛以及水處理效果好等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為絮凝劑應(yīng)用和研究開發(fā)的熱點(diǎn)。近年來，水污染情況不容樂觀，對(duì)于工業(yè)水處理的要求也越來越高，面對(duì)目前的形勢(shì)亟待開發(fā)出環(huán)保高效的絮凝劑。研究人員在傳統(tǒng)鋁鹽絮凝劑和鐵鹽絮凝劑的基礎(chǔ)上，開發(fā)出多種新型無機(jī)高分子絮凝劑。

1 聚合鋁鐵絮凝劑

聚合鋁鐵絮凝劑是一種新型的無機(jī)高分子絮凝劑，主要有聚合氯化鋁鐵和聚合硫酸鋁鐵。將鋁鹽絮凝劑和鐵鹽絮凝劑進(jìn)行復(fù)合，發(fā)揮兩種絮凝劑的優(yōu)勢(shì)，并克服不利的因素。鋁鐵復(fù)合絮凝劑具有電中和能力強(qiáng)，絮體形成速度快，沉降迅速，出水中鋁殘留量低等優(yōu)勢(shì)[6]。制備聚合鋁鐵絮凝劑的原料來源廣泛，可以是市售的化學(xué)藥品，也可以是高嶺土、粉煤灰、煤矸石、礦渣等礦物原料[7-10]。制備方法通常是在一定條件下將鐵鹽和鋁鹽共聚，得到的復(fù)合絮凝劑具有更高的分子量，高分子絮凝劑對(duì)水中污染物有更強(qiáng)的捕集作用[11]。利用礦物原料要先用酸浸的方法將鋁鐵提取出來再進(jìn)行聚合反應(yīng)。聚合鋁鐵絮凝劑中鋁鐵的配比、堿化度、反應(yīng)溫度等因素對(duì)鋁鐵的相互作用有影響，并直接影響絮凝的效果。

孔愛平等[12]以AlCl3和FeCl3溶液為主要原料制備了聚合氯化鋁鐵（PAFC），并通過傅里葉紅外光譜表征得出PAFC中Al3+和Fe3+通過羥基橋聯(lián)形成多核多羥基聚合物，與單一鋁鹽或鐵鹽絮凝劑相比，具有更強(qiáng)的電中和能力以及架橋吸附能力。當(dāng)Al3+/Fe3+摩爾比為9∶2，堿化度為2.0，投加量為6 mg/L，500 mL黃河水pH值為6時(shí)，濁度去除率可達(dá)99%以上。于行周等[13]以高嶺土為原料，經(jīng)高溫焙燒、酸溶、水解、聚合等步驟制備了復(fù)合絮凝劑聚合氯化鋁鐵。去濁率、COD去除率和色度去除率分別可達(dá) 93.32%、82.10%和 71%，在實(shí)驗(yàn)過程中絮體體積大且密實(shí)、沉降速度快，水樣pH適應(yīng)范圍為5.0～9.0，聚合鋁鐵絮凝劑對(duì)水體適應(yīng)性強(qiáng)。然而傳統(tǒng)無機(jī)鹽會(huì)使水體pH降低，使水處理效果降低[14]。朱秀珍等[15]制備無機(jī)高分子絮凝劑聚合氯化鋁鐵，是以工業(yè)固體廢棄物赤泥和粉煤灰為原料，研究結(jié)果表明聚合氯化鋁鐵對(duì)廢水的凈化效果較好，濁度和 COD去除率分別達(dá)到96.53%和 85.20%，為赤泥、粉煤灰等廢棄物提供了一條資源化再利用的途徑。

石曉明等[16]采用正交試驗(yàn)方法，以硫酸鐵、硫酸鋁制備了聚合硫酸鋁鐵（PAFS），對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中含油廢水進(jìn)行處理，并與硫酸鐵、硫酸鋁和聚合氯化鋁的處理效果做了比較。結(jié)果表明，PAFS的絮凝效果明顯優(yōu)于其他3種藥劑，去濁率達(dá)到95%以上，色度去除率為96%。孔德順等[17]以高鐵型煤矸石酸浸液為原料制備了聚合硫酸鋁鐵絮凝劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，當(dāng)鋁鐵離子總濃度為0.5 mol/L，聚合反應(yīng)8 h，室溫熟化24 h的產(chǎn)品去濁率可達(dá)98%，并通過X射線衍射和紅外光譜表征發(fā)現(xiàn)鋁部分聚合，而鐵聚合較完全。所以利用礦物原料制備絮凝劑在產(chǎn)品純度上仍需繼續(xù)開展研究。

2 聚硅酸類絮凝劑

聚硅酸（即活化硅酸）是陰離子型絮凝劑，網(wǎng)捕和聚集吸附能力強(qiáng)，但對(duì)pH敏感而穩(wěn)定性差。將鐵鹽、鋁鹽等金屬鹽與聚硅酸相結(jié)合得到了聚硅酸鋁、聚硅酸鐵、聚硅酸鋁鐵等無機(jī)高分子絮凝劑，提高了聚硅酸的穩(wěn)定性，合理的制備工藝能使提高聚硅酸金屬鹽類絮凝劑的絮凝效果。

俞小勇等[18]用硅酸鈉和硫酸鎂等制備聚硅酸鎂鹽絮凝劑，對(duì)堿性印染廢水的處理中發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mg/Al/Si摩爾比為 0.5∶0.5∶1時(shí)，在 pH 為 6～14聚硅酸鎂鹽絮凝劑都具有良好的脫色效果。肖曾利等[19]以煤矸石為主要原料，利用酸溶過濾得到鋁鐵濾液，濾渣用鹽酸酸化后聚合得到聚硅酸，制備的聚合硅酸鋁鐵(PFASS)絮凝劑對(duì)油田采油污水的絮凝效果較好，COD、固體懸浮物含量和色度去除率分別達(dá)到 79.36%、84.2%和 88.6%。唐銀等[20]通過實(shí)驗(yàn)得出粉煤灰制備的聚硅酸氯化鋁鐵絮凝劑的最佳制備方案，并給出了硅酸的適宜濃度為0.4 mol/L以及時(shí)間對(duì)硅酸活化的影響，硅酸氯化鋁鐵產(chǎn)品對(duì)高嶺土懸濁水樣的絮凝效果優(yōu)于聚合氯化鋁，聚硅酸氯化鋁鐵絮凝劑的礬花大、沉降快。

近年來有文章報(bào)道將鋅鹽、鎂鹽等參與聚硅酸類絮凝劑合成，該絮凝劑也取得良好的絮凝效果。孫燁等[21]將鋅鹽和硼離子引入制備了含硼聚硅酸鋁鋅和含硼聚硅酸鋁鐵新型無機(jī)高分子絮凝劑，掃描電鏡表征結(jié)果表明含硼聚硅酸鋁鋅的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)緊密均勻，含硼聚硅酸鋁鐵具有緊密的層狀結(jié)構(gòu)，有利于絮凝過程中吸附、卷掃作用。

3 結(jié)束語

無機(jī)高分子絮凝劑在水處理方面效果優(yōu)異，具有廣闊的應(yīng)用前景。在目前研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)深入研究無機(jī)高分子絮凝劑的合成和絮凝機(jī)理。與化學(xué)藥品合成的絮凝劑相比，礦物原料制備的絮凝劑在凈水效果上還有待進(jìn)一步提高。利用高嶺土、煤矸石、粉煤灰等礦物原料時(shí)，通常要用大量的酸進(jìn)行礦物的預(yù)處理，再用堿調(diào)節(jié) pH，應(yīng)發(fā)展更加高效低耗的制備工藝，減少酸堿用量，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

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