多铝硅酸盐氯化物(PASiC) —a新型综合无机聚合物凝结剂.doc

上传人:laozhun 文档编号:3863730 上传时间:2023-03-25 格式:DOC 页数:9 大小:179.50KB
返回 下载 相关 举报
多铝硅酸盐氯化物(PASiC) —a新型综合无机聚合物凝结剂.doc_第1页
第1页 / 共9页
多铝硅酸盐氯化物(PASiC) —a新型综合无机聚合物凝结剂.doc_第2页
第2页 / 共9页
多铝硅酸盐氯化物(PASiC) —a新型综合无机聚合物凝结剂.doc_第3页
第3页 / 共9页
多铝硅酸盐氯化物(PASiC) —a新型综合无机聚合物凝结剂.doc_第4页
第4页 / 共9页
多铝硅酸盐氯化物(PASiC) —a新型综合无机聚合物凝结剂.doc_第5页
第5页 / 共9页
点击查看更多>>
资源描述

《多铝硅酸盐氯化物(PASiC) —a新型综合无机聚合物凝结剂.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《多铝硅酸盐氯化物(PASiC) —a新型综合无机聚合物凝结剂.doc(9页珍藏版)》请在三一办公上搜索。

1、多铝硅酸盐氯化物(PASiC) 种新型综合无机高分子凝聚剂B.Y. Gaoa*, Q.Y. Yue a,B.J. Wang a,Y.B. Chua摘 要 新型的无机高分子凝聚剂,多铝硅酸盐氯化物(PASiC),有二种方法制备:(1) AlCl3和在Al/Si比率5的新鲜的聚硅酸混合物的羟基化作用,(PASiCc);(2)被羟基化的多铝氯化物(PAC)与聚硅酸在Al/Si比率5的条件下结合2 h,(PASiCm)。用酸碱度滴定法方法检查Al (III)在PASiC的加水分解聚化过程。各种各样的实验方法比较PASiC与PAC的表现。结果显示,在水解铝和聚硅酸之间存在一定的相互作用,特别是在低碱度值

2、,它可能在PASiC的化学结构,分子量分布,动电特征和絮凝产物中起一定的作用。在相同PH值条件下,当不同种类的带电铝和聚硅酸结合成带正电荷较少但分子量比对应的铝离子产品大时,复合体形成了。所以,在开发PASiC凝结剂时考虑其聚合效率和成效是十分必要的。总之,PASiC显示出较高的絮凝作用,在澄清和脱色方面都优于PAC。关键词 凝固和絮凝,电化学性质,无机聚合物凝结剂,分子量分馏,澄清和脱色介绍无机絮凝剂(IPF)的生产和的应用在世界各地迅速地增加。因为这种化合物与传统水处理试剂有着众多的不同之处,这之前生产的众多品种可以被作为第二代金属盐凝结剂。1 IPF的优点在于他们的效率优于传统盐,而比有

3、机聚合物絮凝剂(OPF)便宜。然而,考虑到他们的形态学和混凝絮凝特征,IPF的位置介于金属盐和有机絮凝剂之间。2 他们的分子量大小对聚集作用和抗加水分解的稳定性仍然远低于OPF。IPF的这些主要弱点有待进一步的提高。这是开发、研究各种各样的综合无机聚合物絮凝剂的推动力。在使用传统絮凝剂处理水的过程中,可通过增加辅助等多种方法改进它们凝聚的效果,例如与絮凝剂分开使用的被激活的硅土和石灰。随着IPF定制生产的成功,将辅助试剂与统一试剂相结合在水处理厂简单化操作中是合情合理的。在综合絮凝剂的研究中,这也许是第一个目标。相应地,付诸实际与金属盐凝结剂的结合也是在开发试剂中的一种新型的伴随方法。被激活的

4、硅土与铝的组合也许是这个战略的典范。3 铝盐和硅酸盐通常是用于制备综合材料的主要原料。他们也许由羟基化作用前单独地聚合或以他们最初的形状被混合在一起然后被水解。然而,他们最终成为综合的聚合物组分。其他添加剂也许是无机或有机配合基或有机聚合物絮凝剂。综合体中每个单独组分的作用在混凝絮凝过程中在许多方面或许是正面或许是负面的。4 如何顺利地提高一个作用而避免另一效应的伴随损失是个问题。例如,改进一个带负电荷的添加剂的凝聚却经常减少带阳电荷的组分的电荷中和作用。在这种情况下,一种净正面有益的作用是修改的目标。找到各组分之间的一个适当的比率和一个成功的制备方法是本文研究的重要目标。形态学,分子量分布,

5、动电特征、化工物种形成和每个组分在制备过程中的改变是研究的关键所在。使用化工方法侦查和仪器是实验的主要必需品。最近,关于铝硅酸盐聚合物综合凝结剂的制备的描述,例如,多硅酸盐铝硫酸盐(PSAS)和多铝硅酸盐硫酸盐(PASS), 已经出现于专利中。5,6 PSAS中含有低浓度的铝,其Si/Al=15,但是PASS包含高浓度的铝,其Si/Al=0.05。在中国和日本,有研究表明增加Al或其他盐可以延迟被激活的硅土的凝胶化时期。7,8同时,有几个报告表明铝硅酸盐综合聚合物在去除冷水中悬浮物和腐殖质方面较为有效3,9。然而,有关于PASiC的制备及其絮凝行为的报道却较少。当氯化铝或PAC被用于制作铝硅酸

6、盐复合体时,有二种设计铝硅酸盐复合体的方式。如果以硅酸盐为主要组分和铝酸盐作为制备以后的辅助稳定剂,那它仍然是一种修改过的负离子无机聚合物絮凝剂(PSiAC)。然而,负离子和负离子聚合物的预先组合将导致絮凝剂净电荷的减少。在本文中,PASiC由二个做法制备,并且水解聚合过程中铝与现有的聚硅酸用酸碱度滴定法调查。本研究也试图通过使用超过滤膜确定在B=2.0和不同的Al/Si比率下PASiC的分子量分布。B =OH/Al的比率,其中OH和Al是OH和Al加到PASiC中的各自的浓度。PASiC的电荷中和作用通过SC法和ZP法进行测量。混凝去除浊度和颜色进行了烧杯试验测试。所有的这些试验都与PAC做

7、了比较。实验的原始数据对新铝硅酸盐聚合物综合凝结剂的发展将是十分有用的。2试验药品和方法2.1试验药品除了水玻璃是商品级的,其余所有试剂均为分析纯净的化学制品,并且胡敏酸是从Aldrich化学制品有限公司购买的。去离子水用于配置各类溶液。2.2聚硅酸性溶液的制备用去离子水将26.5%的SiO2水玻璃被稀释为浓度为0.5M的SiO2溶液。稀释后的水玻璃溶液在磁性搅拌下用0.5M的HCl调节PH至2.0。经调节后的水玻璃溶液中含0.3187M的SiO2。2.3多铝硅酸盐氯化物(PASiC)絮凝剂的制备在PASiC 絮凝剂制备之前,用去离子水将1.0781M的AlCl3稀释到0.25M 。有以下二种

8、方法制备PASiC:(1) 使用655 Dosimat微滴定用具,用0.5MNaOH溶液缓慢定量滴定稀释的AlCl3溶液,以便得到期望的OH/Al比率。由此后B表示OH/Al的比率,其中OH和Al分别是加到PASiC中OH和Al的浓度。滴定的速率是0.05 ml/min NaOH溶液。在滴定时,655 Dosimat微滴定用具用于记录酸碱度的变动,并且快速搅动溶液(300 rpm)以确保得到均质溶液。最后PAC的铝絮凝剂的(以AlT表示)浓度是0.1 M。然后,PAC与聚硅酸在Al/Si比率5条件下结合2h,以获得多铝硅酸盐氯化物(PASiCm)凝结剂,这其中AlT是的浓度是0.0940.09

9、8 M。(2) 在添加碱之前,被稀释的AlCl3溶液和新配制的聚硅酸在不同的Al/Si比率下混和。然后在快速搅拌下,缓慢地增加(0.05 ml/min)加入0.5 M NaOH溶液,以得期望的B值和不同Al/Si比率的多铝硅酸盐氯化物凝结剂(PASiCc),其中含0.1M的AlT。同样,在滴定时,655 Dosimat微滴定用具记录酸碱度的变动,并且快速搅动溶液(300 rpm)以确保得到均质溶液。得到制备的凝结剂样品,分析之前密封存放在20条件下隔夜。2.4超滤法测量相对分子量(NMW)为测量,整100ml凝结剂样品倒入了搅拌器中,搅拌器底部安置了高度精密过滤器。搅拌器密封好后,用氮气给搅拌

10、器施加3.0kg/cm2的压力。所有样品因此被过滤。滤出液用1:1HCl溶液酸化至酸碱度约0.5。用复杂的Al-ferron逐时比色法10,11,在370 nm波长下用分光光度计来确定酸化滤液中铝的浓度。样品的相对分子量分布相应地被计算出来。使用的高度精密过滤器,取得了各向异性聚砜和聚Nphenyleneisophthalicamide,其相对分子质量分别为3000,6000,10000,60000和100000。2.5流动电流(SC)的测量使用SC-303流动电流测量仪或SCD成功测定了样品流动电流。为实验,向不同的絮凝剂增加了入2.5升由50%去离子水和50%自来水制成的测试水。一台可变的

11、速度搅拌器以240转/分钟的速度连续搅拌水样,以便充分混合水样。SC值被记录了在不同凝结剂剂量之下。试验过程中,用0.1M HCl或0.1M NaOH溶液调节水的PH值,是其保持在常数。2.6电泳迁移的测量电泳流动性(EM)的测量是在不同的酸碱度和絮凝剂剂量之下进行的。测量仪器为JS94E微量电泳测量仪(中国上海杰成有限公司)。用一个2ml注射器从搅拌器中抽取大约0.5 ml样品转移至小试管中。微粒的个数使用一只秒表进行计数。典型地,在一个方向每10个微粒计一个数,而用20个读数来直接计算平均流速。zp电位(zp)通过(EM)值计算。2.7Jar-test实验絮凝测试将使用包含50 mg/l高

12、岭石和10 mg/l的综合性悬浮胡敏酸,它由50% 去离子水和50%自来水混合而成。高岭石粒子的直径和表面积分别是0.5-6.25微米和23.2平方米/克。自来水的酸碱度为7.45,浊度和CODMn分别为0.7NTU ,3.0毫克/升。悬浮液的最初的浑浊、吸光度和酸碱度分别为26.2 NTU, 0.207和7.02。絮凝试验使用常规的Jar-test用具在1.01升耐热有机玻璃烧杯中进行,DC-506实验室搅拌器(中国上海水化发展技术有限公司)。800 ml悬浮液使用不同药量絮凝剂处理,最后的絮凝剂用量集中在0.000.12 mmol/l Al范围内。添加絮凝剂的同时溶液被以200转/分的速度

13、快速地搅动2分钟。混合以后,直接用一个20.00 ml注射器抽取约15 ml悬浮液进行EM测量。然后缓慢(40转每分钟)搅动15分钟再沉积10分钟。在沉积完成以后,取上清液进行浑浊度和紫外吸光度测定。在处理后的悬浮液中,浑浊度由YZD-1A 浊度仪测量,而胡敏酸以在370纳米波长处用UV-754分光光度计测得的吸光度表示。3结果和讨论3.1水解-聚合铝()在PASiC溶液中的特性当将基本组分慢慢地加了到用AlCl3和新鲜的聚硅酸混合而成的不同的Al/Si比率的溶液中时,溶液的PH值随组分的加入而逐渐增加,如图1所示。可以看到在PAC的曲线上在两个点之间有一个缓慢的上升区间。其中第一个点在B=0

14、.5处。第二个点在B=2.5处。在第二变化点之前,PH值随B值的变化较平缓。PASiC曲线与PAC曲线差异很大,其原因是因为水解铝和聚硅酸的存在。图1显示聚硅酸对PASiC曲线的影响取决于Al/Si比率和B的值。Al/Si比率和B的值越小, PAC曲线和PASiC曲线之间的差别越大。PASiC曲线与PAC 曲线在Al/Si = 15时二者十分相似,二者均有两个转折点,分别发生在大约B = 0.5和B = 2.5时。当PASiC的Al/Si比率为10和5是,PHB曲线只在大约B = 2.5有一变化点。以上的结果表明水解铝和聚硅酸之间的存在一定的相互作用。聚硅酸可能已经与铝和铝离子结合了,而铝及其

15、离子是来自Al-O-Si形成hydroxyaluminosilicate的过程中12,13,它可能在某种程度上阻止铝的加水分解聚化。图 1 当AlT = 0.1M时,AlPAC和PASiC的滴定法曲线(III) 3.2 相对分子量分布 PASiC在B = 2.0和各种各样的Al/Si比率下的相对分子量分布与PAC在B = 2.0的比较通过之前部分描述的分子量分馏法。得到的结果如表1所示,可看出PASiC的分子量明显增加,其原因在于向AlCl3溶液中加入了聚硅酸。越多聚硅酸聚合在PASiC中,聚合物的分子量越高。同一Al/Si比率下PASiCc的分子较PASiCm分子量大。以上结果表明当将PAS

16、iC应用在水和废水处理时,在絮凝阶段其架桥作用比PAC更强。143.3 PASiC和PAC的动电化学特征实验选择B = 2.0和不同的Al/Si比率下的PASiC和B = 2.0下的PAC。SC和絮凝剂剂量在由50%去离子水和50%自来水组成的测试水中之间的关系如图2 所示。由于PASiCc和PASiCm 的SC药量曲线在Al/Si = 15完全重叠,图2中只有6条曲线。表2列出的是当SC=0时所必需的剂量。由图2及表2 ,可以明显看出当聚硅酸比例增加时PASiC正电荷减少。结果也表明,PASiC的制备技术有对PASiC动电化学特性有一些影响。在同一个Al/Si比率下PASiCc的电荷中和能力

17、比PASiCm更强一点。以上谈论结果显示,当不同的被充电的聚合物结合时发生了电荷中和。这表明PAC和聚硅酸组合,因相对分子量提高而使絮凝效率得到提高,但是在凝固过程中充电效应减弱。图3显示了(ZP) 随PASiC的 值的变动,而PASiC是在B = 2.0和不同的 Al/Si比例和PAC在B = 2.0以及铝的剂量浓度为0.5 mmol/l。每次得到一个样式相似的ZP随PH变动曲线,PASiC的ZP-PH曲线均低于PAC的。聚硅酸在PASiC的中比例越大,ZPpH曲线的走势越低。随着酸碱度值从强酸性一边逐渐增加,PAC和PASiC在酸碱度从5.0至6.0区间取得ZP最大值。然后在比中性稍高的P

18、H值条件下,单调地减少到等电位点,最后迁入到另外一边。另外,当Al/Si比率从15变5时,PASiCc和PASiCm的等电位点移向了朝酸碱度一边。另外,zp的测量结果表明,电荷的中和发生在不同的聚合物结合时。图2 PASiC与PAC电流趋势比较(B = 2.0). 图3 PASiC和PAC的ZP随的PH变动图表2 SC = 0时PASiC和PAC的必需药量(B = 2.0)3.4 絮凝表现评估对不同比例的Al/Si和B=2.0条件下的PASiC与PH=7.0(B=2.0)条件下的 PAC絮凝表现进行了综合评估。图4中,结果表明,ZP、吸光度和残余的悬浮物(RT)随着PASiC和PAC剂量的增加

19、而变化。随着絮凝剂剂量的增加,所有絮凝的ZP测试结果从消极变为积极,然而,由PASiC构成的microflocs的ZP比没有聚硅酸形成的PAC更低。随着聚硅酸比例的增加,PASiC 的ZP相应地减少。当Al/Si比率为5时,所有PASiC絮凝剂的ZP是消极的。这意味着PASiC的电荷中和效率在絮凝固的过程中被减弱了,其原因在于水解铝和聚硅酸之间的相互作用。由图4可知PASiCc和PASiCm之间ZP的区别是较小的,这意味着PASiC的制备技术有对它的电荷中容量的影响是较小的。RT和Jar-test吸光度试验表明了絮凝剂絮凝效率。不管Al/Si比率是多少,在大剂量时RT和吸光度均能接近零,但是在

20、低药量时作用效率不同。Al/Si=5的PASiCm有最小的ZP,并且它的絮凝作用与PAC相比较小。所有其他的PASiC絮凝剂,无论Al/Si比率为多少,虽然他们的一些ZP在消极区,但絮凝效率均比PAC高。这意味着PASiC的制备技术对它的絮凝效率有较大的作用,特别是在较低的Al/Si比率下。 图4 PH值的7.02时PASiC和PAC比较凝固表现(B = 2.0)4 结论本文全面的讨论了PASiC,一种新的无机聚合物絮凝剂。在论文的第一个部分,谈论了PASiC的制备方法。接着,详细讨论了有或没有聚硅酸的铝()的加水分解聚化过程,以便详细了解铝和聚硅酸之间的相互关系。然后,讨论PASiC和PAC

21、的相对分子量分布,电动性能。在最后的部分,PASiC和PAC的有效率凝固和絮凝通过常规Jar-test被评估。从这些研究中可明确切看出水解铝和聚硅酸之间存在的一定的相互作用,特别是在B值较低时,其在pasic的化学结构,分子量分布,动电特征和混凝性能中可以发挥一定的作用。当不同种类的水解铝和聚硅酸相结合,形成一个有较低正电荷,但在相同的pH值下,分子量却比相应的铝水解产品大时,复合物形成。所以,当开发PASiC絮凝剂时,应该全面考虑其絮凝效率和电荷中和效率。总之,根据本文的研究PASiC的絮凝表现比PAC更佳。如何在最大程度上保存各组分的优点是个问题。然而,制备方法,化学结构和混凝行为均有待进

22、一步的研究。致 谢感谢中国自然科学基金会的支持。参考文献1 J.Q. Jiang, N.J.D. Graham, C. Harward, in: R. Klute, H.H.Hahn (Eds.), Chemical Water and Wastewater Treatment III,Springer, Berlin Heidelberg, 1994, p. 71.2 Standard Methods for the Examination of Water andWastewater, American Public Health Association/American WaterWor

23、ks Association/Water Environment Federation, 18thed., Washinton DC, USA, 1992.3 T. Hasegawa, K. Hashimoto, T. Onitsuka, K. Goto, N. Tambo,Wat. Sci. Tech. 23 (1991) 1713.4 H.X. Tang, Z.K. Luan, D.S. Wang, B.Y. Gao, in: Chemical Water and Wastewater Treatment, V. H.H. Hahn, E. Hoffman,H. degaard (Eds.

24、), Springer, Berlin Heidelberg, 1998, p. 26.5 D. Hase, N. Spiratos, U.S.P. 4923,629 (1990).6 D. Hase, N. Spiratos, C. Jolicoeur, U.S.P. 4,981,675 (1991).7 K. Hashimoto, T. Hasegawa, O.T. Goto, N. Tambo, Water Supply 9 (1991) 65.8 B.Y. Gao, Q.Y. Yue, S.R. Wang, Chin. J. Environ. Sci. 11(1990) 37 (in

25、Chinese).9 A.K. Arnold-Smith, R.M. Christie, C. Jolicoeur, in: Chemical Water and Wastewater Treatment II, R. Klute, H.H. Hahn(Eds.), Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1992, p. 203.10 R.W. Smith, J.D. Hem, U.S.G.S. Water Supply Paper 1827,United States Government Printing Office, Washington, DC,19

26、72.11 K.W. Akitt, N.N. Greenwood, B.L. Khandelwal, J. Chem.Soc., Dalton Trans. (1972) 604.12 J.M. Duan, J. Gregory, Colloids and surfaces a: physicochemical and engineering aspects 107 (1996) 309.13 E.R. Rowatt, J.P. Williams, Coordination chemistry reviews 149 (1996) 167.14 B.Y. Gao, H.H. Hahn, E. Hoffmann, Water Res. 36 (2002):3573.

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 办公文档 > 其他范文


备案号:宁ICP备20000045号-2

经营许可证:宁B2-20210002

宁公网安备 64010402000987号