硅酸盐类絮凝剂的制备及性能研究

摘要：本文研究了一种聚硅酸氯化铝铁絮凝剂和其制备方法及其用于处理污水的性能研究，在实验研究中，通过各项指标的调整，制备对污水的色度去除率高的聚硅酸氯化铝铁絮凝剂。

关键词：聚硅酸；絮凝剂；制备及性能研究

前言：

聚硅酸盐类絮凝剂是聚硅酸与金属盐（铝、铁、镁等金属）的复合产物，是一种无机高分子絮凝剂。该类絮凝剂具有吸附架桥和电中和作用,絮凝效果较好且易于制备,价格便宜,引起了水处理界的关注,成为国内外无机高分子絮凝剂研究的热点。

实验内容

1、活化硅酸的制备

将硅酸盐加酸使其还原成有活性的硅酸。 将6.1g 硅酸钠溶于100mL蒸馏水中，在搅拌下慢慢滴加酸（本实验采用硫酸）， 同时配合使用氢氧化钠快速调节溶液的 p H=3.5，搅拌一定的时间（2min），搅拌速度（60r/min）。制备成浓度为0.5mol/L的乳白色的活化硅酸溶液。静置20min。

2、聚硅酸铁的制备

称取13.5g氯化铁溶于100m L蒸馏水中制备成0.5m o l／L的氯化铁溶液， 然后进行高速搅拌的同时， 按照一定Fe／Si 比在活化硅酸中缓缓加入氯化铁溶液。混合后放置（20min）进行熟化，备用。

3、制备聚硅酸铁絮凝剂的影响因素的实验研究

（1）、F e／S i摩尔比对聚硅酸铁絮凝效果的影响

在实验中，我们选择了不同F e／S i 比制备聚硅酸铁絮凝剂（5个）：1 ：4 、1 ：2 、 1 ：1、2 ：l、3 ：1，然后使用不同配比聚硅酸铁絮凝剂对甲基橙溶液进行处理，计算絮凝率，进行比较。

由实验可知，每一个Fe／Si 比对絮凝率的影响从实验数据中可知：不同Fe／S i 比下的絮凝率达到最高值时的絮凝剂使用量都不相同。在这五个最高絮凝率中，Fe／S i 比为 l ：l时最高 (絮凝率达到62％) 。而在实验中，当Fe／Si 比为1：1时， 铁的返黄也比较少， 随着 Fe／S i 的增大，铁的返黄上升。 综合以上因素，我们选择F e／S i 比为1：1 进行以下的实验。

（2）硅酸活化时间对絮凝效果的影响

由表2可看出， 随着硅酸的活化时间的增加， 聚硅酸铁絮凝剂的絮凝效果越好， 活化时间从1 0 mi n逐渐递增到3 0 m i n时，絮凝率呈现出逐渐增大的趋势， 而当活化时间从3 0 mi n 增加到4 0m i n时，絮凝率有一个明显的增大过程(絮凝率从63％增大到74％) ， 但活化时间超过4 0 m i n后，絮凝剂絮凝率受到活化时间的影响逐渐变小。

（3）、熟化时间对絮凝剂絮凝效果的影响

在实验中，聚硅酸铁絮凝剂制备出来后立即进行污水处理，不能取得较好的絮凝效果，将制备的絮凝剂放置一定时间后进行处理污水效果的实验时，絮凝净化效果有较大程度的增强。聚硅酸铁絮凝剂的熟化就是将其放置一段时间。

以下我们对絮凝剂放置时间对絮凝效果的进行了研究。结果如图1所示：

由图1可知，熟化时间不同聚硅酸铁絮凝效果不同。实验可看出，新制备出的聚硅酸铁絮凝剂熟化4-8 d后， 可取得较好的絮凝效果。在熟化4 d后，絮凝剂的絮凝率达到94％。在实验过程中也可以观察到，随着熟化时间的增加，絮凝剂处理污水生成的絮体增大，沉降速度加快，絮凝剂铁的残量也逐渐变小。

（4）、絮凝剂的添加量对聚硅酸铁絮凝效果的影响

在应用絮凝剂处理污水(实验配制甲基橙溶液)时， 絮凝剂的添加量对絮凝剂的絮凝效果有很大的影响。 研究絮凝剂絮凝效果（絮凝率）的影响因素， 主要对絮凝剂的添加量研究控制。经过上述F e／S i比对聚硅酸铁絮凝效果的影响的研究，此实验絮凝剂选择Fe／Si 比为 1：1的聚硅酸铁絮凝剂。

由表3可以看出，聚硅酸铁絮凝剂处理实验配制的甲基橙溶液时，絮凝剂的絮凝效果随着絮凝剂添加量变化而有较大变化。实验初期， 随着絮凝剂添加量的增加， 絮凝率逐渐上升； 当絮凝率达到最高值后（65.0％）， 絮凝剂添加量的增加， 絮凝率却呈现下降趋势。

（5）、沉降时间对聚硅酸铁絮凝效果的影响

由表4可以看出，沉降时间对絮凝剂的絮凝效果有一定影响。总趋势为：沉降的时间长，絮凝效果就好。而当沉降时间达到2 0 m i n后， 沉降时间对絮凝效果的影响逐渐变小了。在实验过程中，也可观察到，沉降时间 5 分钟时，主要是大块的沉降物出现； 从 5 m i n-1 0 m i n，主要是较大的沉降物；1 0 m i n 后，较细小的絮体也开始逐渐沉降； 到 2 0 m i n后(这时的絮凝率为67.6％) ， 可通过肉眼观察到的絮体基本沉降完毕， 絮凝剂絮凝效果受沉降时间的影响逐渐变小。

4、絮凝率的测定

在烧杯中加入100m L的蒸馏水，滴加5ml甲基橙。再加入2.5ml聚硅酸铁絮凝剂， 快速搅拌（300r/min）2min，慢速搅拌（60r/min）5min， 静置一定的时

间（30min），取页面2cm以下清夜，同时以甲基橙配制的原溶液作为对照液，用分光光度计（721分光光度计）测定吸光度，然后计算其絮凝率。

絮凝率的计算公式如下：

絮凝率(％) =

式中A：原甲基橙溶液550n m处吸光度值；B：处理后的甲基橙溶液550n m处吸光度值。

5、结论

本实验以硅酸钠、硫酸、氯化铁为原料制备聚硅酸盐（铁）絮凝剂，并对此絮凝剂的性能展开研究，研究表明：控制Fe／Si （摩尔比）约为1，活化时间30min,熟化时间4 ― 8 d，沉降时间20min以上。该絮凝剂的混凝除浊效果较好。聚硅酸铁盐具有凝聚沉降速度快，沉渣量少，pH 适用范围广、安全无毒等优点，如果能控制好制备中各项影响因素，调节至最佳实验条件，将有很好的应用价值。