利用工業(yè)廢棄物赤泥制取無(wú)機(jī)復(fù)合絮凝劑的研究

鞏恩輝

摘 要：工業(yè)廢料赤泥中含有大量重金屬，不合理的處理不僅污染環(huán)境，還造成了資源的浪費(fèi)。本文利用赤泥制備出一種無(wú)機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑用于水質(zhì)的凈化。介紹了制備方法，測(cè)試了產(chǎn)物的絮凝效果并探究了最佳反應(yīng)條件。

關(guān)鍵詞：赤泥；無(wú)機(jī)高分子；絮凝劑

1 引言

赤泥是工業(yè)生產(chǎn)氯化鋁時(shí)產(chǎn)生的主要廢料，含有大量重金屬。工業(yè)生產(chǎn)中該廢料的產(chǎn)量很大，但卻缺乏處理，通常將赤泥干式或濕式露天堆放，而堆放過(guò)程中重金屬會(huì)逐漸滲入土壤，對(duì)環(huán)境造成污染，此外，風(fēng)干的赤泥受風(fēng)會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，造成空氣污染。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究，對(duì)赤泥中的重金屬進(jìn)行單獨(dú)提取，其工藝復(fù)雜，效率低下，不具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。經(jīng)過(guò)對(duì)赤泥中組分分析發(fā)現(xiàn)，赤泥中富含的鋁離子和鐵離子是制備無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的理想材料。在鋁鐵聚合物中，聚合硅酸鋁鐵在水中產(chǎn)生的鋁離子和鐵離子使雜質(zhì)膠束失穩(wěn)沉降，同時(shí)聚硅酸可以使失穩(wěn)膠束交聯(lián)形成三維結(jié)構(gòu)，不僅能提高沉降速率，交聯(lián)結(jié)構(gòu)還具有吸附性，可進(jìn)一步提高絮凝效率，相對(duì)于其他鋁鐵聚合物具有好的作用效果，且其制備簡(jiǎn)單，成本低廉，有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

鹽酸（HCl），硅酸鈉（NaSiO3），氫氧化鈉（NaOH）（以上材料均為化學(xué)純），去離子水（實(shí)驗(yàn)室制備），赤泥（工業(yè)廢料）。

2.2 聚合硅酸鋁鐵絮凝劑的制備

將赤泥置于燒瓶中，加入一定濃度的HCl溶液，加熱攪拌回流24h；多次過(guò)濾后除去濾渣，得到赤泥浸出液。涉及主要反應(yīng)如下：

Al2O3+HCl+9H2O→2[Al（H2O）6]Cl3

Fe2O3+HCl+9H2O→2[Fe（H2O）6]Cl3

稱(chēng)取適量NaSiO3置于燒杯中，加入去離子并攪拌；取適量HCl溶于去離子水，將充分溶解的NaSiO3溶液緩慢滴加至HCl溶液中，調(diào)節(jié)pH值后置于恒溫磁力攪拌鍋中，在一定溫度下反應(yīng)，直至溶液呈現(xiàn)淡藍(lán)色熒光狀。按一定比例加入赤泥浸出液，調(diào)節(jié)pH并充分?jǐn)嚢?，?0℃熟化蒸干，得到聚合硅酸鋁鐵（PSAF）絮凝劑。

2.3 絮凝效果測(cè)試

為測(cè)試產(chǎn)物的絮凝效果，利用紫外分光光度計(jì)對(duì)廢水水樣的吸光度進(jìn)行測(cè)試，記錄數(shù)據(jù)X1后向水樣中加入一定量的PSAF，靜置一段時(shí)間后由液體中層取樣進(jìn)行吸光度測(cè)試，記錄測(cè)試結(jié)果X2，由公式（1）計(jì)算色度去除率R，作為衡量產(chǎn)物絮凝效果的指標(biāo)。

2.4 產(chǎn)物的制備優(yōu)化

在利用赤泥制備PSAF過(guò)程中，反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和pH值是影響產(chǎn)物生成的主要因素，以制備出的絮凝劑對(duì)廢水的色度去除率為指標(biāo)，利用正交試驗(yàn)進(jìn)行探究，以得出最佳反應(yīng)條件。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 絮凝效果測(cè)試結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將產(chǎn)物加入廢水試樣中后，廢水中的雜質(zhì)逐漸沉降，最終出現(xiàn)上部溶液澄清，下部為絮狀沉淀的結(jié)果。其原因?yàn)閺U水中的雜質(zhì)通常帶有負(fù)電荷，而產(chǎn)物溶于水中產(chǎn)生的Al3+和Fe3+可以中和雜質(zhì)的電性，使其失去穩(wěn)定性相互吸附橋接形成絮凝體，同時(shí)，產(chǎn)物在水中產(chǎn)生的聚硅酸可以使絮凝體交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸沉降，而形成的三維結(jié)構(gòu)對(duì)于雜質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附作用，從而進(jìn)一步促進(jìn)水中的雜質(zhì)沉降。

3.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與討論

表1為正交試驗(yàn)結(jié)果，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，不同的實(shí)驗(yàn)條件制備的產(chǎn)物對(duì)于污水的絮凝作用有一定差別。由極差分析結(jié)果可以看出，對(duì)于產(chǎn)物絮凝性能影響最大的實(shí)驗(yàn)條件為pH值，在合理范圍內(nèi)，較高的pH值更有利于提高產(chǎn)物的絮凝性能；此外，反應(yīng)時(shí)間對(duì)于產(chǎn)物絮凝效果影響較小，說(shuō)明在1h內(nèi)反應(yīng)基本已經(jīng)完全進(jìn)行，繼續(xù)增加反應(yīng)時(shí)間對(duì)于產(chǎn)物的絮凝效果提高極??；而反應(yīng)溫度對(duì)于產(chǎn)物性能的影響主要表現(xiàn)在反應(yīng)活性方面，較高的反應(yīng)溫度可以提高反應(yīng)物活性，從而提高反應(yīng)速率和反應(yīng)程度。

4 結(jié)論

本研究針對(duì)工業(yè)廢料赤泥的回收處理，提出利用赤泥中的鋁離子和鐵離子制備聚合硅酸鋁鐵絮凝劑用于水質(zhì)凈化。介紹了赤泥中鋁離子和鐵離子的提取方法和聚合硅酸鋁鐵絮凝劑的制備方法，測(cè)試了產(chǎn)物的色度去除率，同時(shí)，利用正交試驗(yàn)優(yōu)化了制備條件。所制備出的產(chǎn)物對(duì)廢水具有較好的凈化效果，此外，提取后的赤泥濾渣沒(méi)有了重金屬污染，可以用其制磚，進(jìn)一步提高廢物利用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬方通，高利坤.赤泥制備無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的研究進(jìn)展[J].化學(xué)世界，2017，58（06）：379-384.