[發(fā)明專利]一種制備聚鈦混凝劑的方法及其應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010028679.0
• 申請日: 2020-01-11
• 公開（公告）號: CN111115783A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 張淑娟;甘永海;厲豪杰;李景彪;吳兵黨;張麗
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C02F1/52
• 分類號: C02F1/52;C02F101/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 楊文晰

本發(fā)明公開了一種制備聚鈦混凝劑的方法及其應用，其具體步驟為：(1)將醇和有機螯合劑混合均勻后加入有機鈦醇鹽；(2)將去離子水、酸以及醇混合并將混合液體加入到(1)中，攪拌獲得混合溶液；(3)將(2)中混合溶液干燥即可獲得聚鈦混凝劑；本申請?zhí)峁┑脑摼垅伝炷齽┲苽浞椒ㄟ^程溫和可控，克服了聚鈦混凝劑難以快速穩(wěn)定制備的問題；此外，該方法獲得的聚鈦混凝劑混凝性能優(yōu)異，可應用于廢水中濁度和重金屬的去除，特別是低溫低濁水、高鹽廢水、含砷含銻廢水等，混凝后殘留金屬濃度低，出水pH緩和，有利于后續(xù)處理單元的運行。

技術領域

本發(fā)明涉及水處理技術領域，特別是一種快速穩(wěn)定制備聚鈦混凝劑的方法及其應用。

背景技術

混凝是水處理中最重要也是最基本的工藝單元，可以有效去除濁度和有機物。常用的混凝劑主要為鐵鋁的簡單鹽和聚合物。但是，鋁混凝劑存在絮體小、適用pH較窄、出水存在健康風險等問題；而鐵混凝劑具有腐蝕性，會使出水含有一定色度和氣味。另外，使用鐵鋁混凝劑都會產(chǎn)生大量難以處理的污泥，并且在低溫、高鹽等特殊情況下的混凝效果差。因此，為了解決傳統(tǒng)混凝劑存在的問題，新的替代混凝劑亟待開發(fā)。

自20世紀初以來就有研究者圍繞鈦混凝劑開展了一些研究。專利US1173698A使用少量的可溶性鈦化合物和硫酸鋁結合使用，不僅提高了硫酸鋁混凝脫色效率，而且還大大降低了絮體的沉淀時間。Upton和Buswell首次將硫酸鈦單獨作為混凝劑用于水處理中(參見文獻：“Upton,W.V.,Buswell,A.M.(1937).Titanium salts in waterpurification.IndustrialEngineering Chemistry,29(8),870-871.”)。與硫酸鋁相比，硫酸鈦雖然在去除氟化物方面沒有優(yōu)勢，但是能更有效去除色度，并且發(fā)現(xiàn)它能在低溫、高鹽等水處理中起作用。在隨后的近70年間，幾乎沒有人再研究鈦混凝劑，主要是由于鈦鹽的價格太昂貴。隨著鈦工業(yè)的迅速發(fā)展，鈦化合物的生產(chǎn)工藝日漸成熟，這導致鈦系列產(chǎn)品的價格大幅下降。因此，在21世紀初，鈦鹽混凝劑又重新得到了關注。日本專利JP200301161A公開了一種資源化利用鈦混凝劑污泥的方法。將鈦鹽混凝后的污泥加熱處理，使其成為具有光催化活性的二氧化鈦，這使得鈦混凝劑的應用具備了很大的潛力。

簡單的鈦鹽聚合度低，為了克服鈦鹽混凝劑混凝后出水pH過低的弊端并提高鈦混凝劑的混凝性能，聚鈦混凝劑得到了眾多研究者的關注。中國專利CN102976462A和CN103011358B分別公開了聚合四氯化鈦(PTC)和聚合硫酸鈦(PTS)的無機高分子絮凝劑。然而，PTC和PTS均為液體混凝劑，聚合度低、易發(fā)生聚沉、性能不穩(wěn)定，并且會帶來更多的NaCl或Na₂SO₄成分。中國專利CN101979333B公開了一種聚硅鈦復合絮凝劑的制備方法，該發(fā)明通過混合正硅酸乙酯和鈦酸乙酯溶液并加堿聚合，得到液態(tài)的的復合絮凝劑。該混凝劑在使用過程中會帶來更多的COD，存在二次污染的潛在問題，不利于其在飲用水處理等領域中的應用。以上制備聚鈦混凝劑的方法均是受啟發(fā)于傳統(tǒng)聚合混凝劑的開發(fā)，而并未充分考慮到鈦化合物自身的水解特性。

為了從根本上解決鈦混凝劑存在的出水pH變化大、聚合度低且不穩(wěn)定等問題，申請人前期申請了一種TiO₂基混凝劑(TXC，CN104944547B),該發(fā)明的制備方法為溶膠凝膠法，以四氯化鈦為前驅體，乙醇為溶劑，乙酰丙酮為水解抑制劑。通過該方法制備得到的聚鈦混凝劑與四氯化鈦(TC)和PTC相比，適用pH范圍更寬，混凝性能更優(yōu)異，而且制備的TXC為固體，易于保存與運輸。