[發明專利]一種聚合硫酸氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410033157.4
• 申請日: 2014-01-23
• 公開（公告）號: CN103754999A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 卜顯和;栗方星;陳樹新;張智;李淼;張超
• 申請（專利權）人: 南開大學;天津市津水自來水配套有限責任公司
• 主分類號: C02F1/52
• 分類號: C02F1/52
• 代理公司: 北京權泰知識產權代理事務所(普通合伙) 11460
• 代理人: 任永利

技術領域

本發明涉及無機絮凝劑領域。

背景技術

無機絮凝劑是我國用量最大的絮凝劑，在水處理中發揮著巨大的作用。無機絮凝劑的發展經歷了從簡單的低分子到高分子，從單組分到復合多組分的不同的發展階段。無機高分子絮凝劑，是上世紀60年代發展起來的絮凝技術，其主要代表就是聚合氯化鋁（PAC）。將三氯化鋁通過化學反應制成聚合氯化鋁后產生了更好的絮凝效果，PAC是目前研究的最多最廣泛，技術成熟，性能穩定使用量也是最多的一種無機絮凝劑。[湯鴻霄，欒兆坤；環境化學，1977，16（6），530-533]在這個基礎上又發展出聚合氯化鋁鐵（PAFC），這是三氯化鋁和三氯化鐵的二元共聚物。

三氯化鐵也是一種良好的絮凝劑，三氯化鐵在水中存在形態的變化規律大致與鋁鹽相似，水解速度比鋁鹽快。在水處理中具有沉降速度快、操作簡單、費用低、受溫度影響小、破乳能力強、對微生物的親和力大等優點，能有效去除水中的懸浮物、膠體、好氣性微生物及表面活性劑。相對于鋁鹽，三氯化鐵還具有礬花比重大、易沉降、污泥脫水性能好、低溫低濁時仍有較好效果等特點，且適宜的pH值范圍較寬，更適合處理偏堿性的廢水，具有較強的去除有機物和重金屬及降低BOD，COD的能力。另一方面，三氯化鐵在使用中也有以下的缺點：1）藥劑用量大、殘留鐵離子含量高，低分子鐵鹽在使用過程中對設備具有腐蝕性，處理后水的色度比鋁鹽高；2）形成的絮凝體較少，絮凝后的污泥無法有效利用；3）三價鐵鹽不宜處理含硫化物的工業廢水，因為Fe³⁺離子與硫化物會生成硫化鐵或硫化亞鐵的膠體混合物，難以形成絮凝沉淀；4）當鐵鹽投加量不足時，水解形成的氫氧化鐵膠體不但沒有使雜質脫粒脫穩，反而自身成為穩定的體系，使原水濁度升高，且堿化度越高，殘留濁度越大。當鐵鹽增加到一定劑量時，才表現出較佳的絮凝效果。

聚合氯化鋁鐵（PAFC）絮凝劑使Fe³⁺和Al³⁺作用的互補，使PAFC兼有鋁鹽和鐵鹽混凝劑的優良性能，該分子以長鏈為基本結構，具有多種聚合態。在其分子中，分子長鏈易彎曲、扭絞部分成環。在鏈鏈之間、面面之間以某種形式的鏈連接，構成復雜而有序的分子結構。它既有聚合氯化鋁的優良的絮凝性能和強大的電荷中和作用，又有氯化鐵的吸附性強、沉降速度快、形成絮凝體大等特點，且出水色度比氯化鐵好，克服了PAC在低溫低濁時的凈水難點，除濁效果和絮體沉降性能優于聚合氯化鋁。與傳統的凈水劑相比，聚合氯化鋁鐵具有混凝效果好、作用快、用量少和允許投加范圍廣等特點。但仍然希望能進一步對其進行改進，以便提高絮凝凈水效果，并降低成本。

本專利提出了制備聚合硫酸氯化鋁鐵（PAFSC）的方法。這是將硫酸鋁，三氯化鋁和三氯化鐵在受控的合成條件下，通過化學反應制備的一種新型的無機高分子絮凝劑。是一種三元共聚物，與PAC相比，雖然兩種共聚物的主鏈上都是由鋁和鐵及羥基橋組成，但是在PAC的側鏈主要是Cl-離子，而PAFSC的側鏈除了Cl-離子還有SO₄^-2離子。大量的絮凝實驗證明，PAFSC具有非常好的絮凝效果。

發明內容

本發明的第一方面提供了一種聚合硫酸氯化鋁鐵絮凝劑的制備方法，包括以下步驟：

1）將室溫下配制含有硫酸鋁和氯化鋁的水溶液，其中硫酸鋁:三氯化鋁=3:1-12:1，摩爾比；

2）在室溫下，在攪拌下向上述水溶液中滴加碳酸鈉水溶液，滴加完畢后繼續攪拌20-40min；然后

3）在室溫下滴加三氯化鐵溶液，滴加完畢后繼續攪拌20-40min；然后，

4）將整個反應體系升溫至40-80℃，繼續反應1-4小時；然后降至室溫，得到所述聚合硫酸氯化鋁鐵絮凝劑；

其中所述室溫為15-35℃；且其中當Al/Fe摩爾比為1:1-20:1時，通過碳酸鈉的量來控制三價鐵離子和三價鋁離子的總堿基度的范圍是10%-45%；當Al/Fe摩爾比為1:1-1:20時，通過碳酸鈉的量來控制三價鐵離子和三價鋁離子的總堿基度的范圍是1%-10%。