硅酸鹽類絮凝劑的制備及性能研究

摘要：本文研究了一種聚硅酸氯化鋁鐵絮凝劑和其制備方法及其用于處理污水的性能研究，在實驗研究中，通過各項指標的調整，制備對污水的色度去除率高的聚硅酸氯化鋁鐵絮凝劑。

關鍵詞：聚硅酸；絮凝劑；制備及性能研究

前言：

聚硅酸鹽類絮凝劑是聚硅酸與金屬鹽（鋁、鐵、鎂等金屬）的復合產物，是一種無機高分子絮凝劑。該類絮凝劑具有吸附架橋和電中和作用，絮凝效果較好且易于制備，價格便宜，引起了水處理界的關注，成為國內外無機高分子絮凝劑研究的熱點。

實驗內容

1、活化硅酸的制備

將硅酸鹽加酸使其還原成有活性的硅酸。 將6.1g 硅酸鈉溶于100mL蒸餾水中，在攪拌下慢慢滴加酸（本實驗采用硫酸）， 同時配合使用氫氧化鈉快速調節溶液的 p H=3.5，攪拌一定的時間（2min），攪拌速度（60r/min）。制備成濃度為0.5mol/L的乳白色的活化硅酸溶液。靜置20min。

2、聚硅酸鐵的制備

稱取13.5g氯化鐵溶于100m L蒸餾水中制備成0.5m o l／L的氯化鐵溶液， 然后進行高速攪拌的同時， 按照一定Fe／Si 比在活化硅酸中緩緩加入氯化鐵溶液。混合后放置（20min）進行熟化，備用。

3、制備聚硅酸鐵絮凝劑的影響因素的實驗研究

（1）、F e／S i摩爾比對聚硅酸鐵絮凝效果的影響

在實驗中，我們選擇了不同F e／S i 比制備聚硅酸鐵絮凝劑（5個）：1 ：4 、1 ：2 、 1 ：1、2 ：l、3 ：1，然后使用不同配比聚硅酸鐵絮凝劑對甲基橙溶液進行處理，計算絮凝率，進行比較。

由實驗可知，每一個Fe／Si 比對絮凝率的影響從實驗數據中可知：不同Fe／S i 比下的絮凝率達到最高值時的絮凝劑使用量都不相同。在這五個最高絮凝率中，Fe／S i 比為 l ：l時最高 (絮凝率達到62％) 。而在實驗中，當Fe／Si 比為1：1時， 鐵的返黃也比較少， 隨著 Fe／S i 的增大，鐵的返黃上升。 綜合以上因素，我們選擇F e／S i 比為1：1 進行以下的實驗。

（2）硅酸活化時間對絮凝效果的影響

由表2可看出， 隨著硅酸的活化時間的增加， 聚硅酸鐵絮凝劑的絮凝效果越好， 活化時間從1 0 mi n逐漸遞增到3 0 m i n時，絮凝率呈現出逐漸增大的趨勢， 而當活化時間從3 0 mi n 增加到4 0m i n時，絮凝率有一個明顯的增大過程(絮凝率從63％增大到74％) ， 但活化時間超過4 0 m i n后，絮凝劑絮凝率受到活化時間的影響逐漸變小。

（3）、熟化時間對絮凝劑絮凝效果的影響

在實驗中，聚硅酸鐵絮凝劑制備出來后立即進行污水處理，不能取得較好的絮凝效果，將制備的絮凝劑放置一定時間后進行處理污水效果的實驗時，絮凝凈化效果有較大程度的增強。聚硅酸鐵絮凝劑的熟化就是將其放置一段時間。

以下我們對絮凝劑放置時間對絮凝效果的進行了研究。結果如圖1所示：

由圖1可知，熟化時間不同聚硅酸鐵絮凝效果不同。實驗可看出，新制備出的聚硅酸鐵絮凝劑熟化4-8 d后， 可取得較好的絮凝效果。在熟化4 d后，絮凝劑的絮凝率達到94％。在實驗過程中也可以觀察到，隨著熟化時間的增加，絮凝劑處理污水生成的絮體增大，沉降速度加快，絮凝劑鐵的殘量也逐漸變小。

（4）、絮凝劑的添加量對聚硅酸鐵絮凝效果的影響

在應用絮凝劑處理污水(實驗配制甲基橙溶液)時， 絮凝劑的添加量對絮凝劑的絮凝效果有很大的影響。 研究絮凝劑絮凝效果（絮凝率）的影響因素， 主要對絮凝劑的添加量研究控制。經過上述F e／S i比對聚硅酸鐵絮凝效果的影響的研究，此實驗絮凝劑選擇Fe／Si 比為 1：1的聚硅酸鐵絮凝劑。

由表3可以看出，聚硅酸鐵絮凝劑處理實驗配制的甲基橙溶液時，絮凝劑的絮凝效果隨著絮凝劑添加量變化而有較大變化。實驗初期， 隨著絮凝劑添加量的增加， 絮凝率逐漸上升； 當絮凝率達到最高值后（65.0％）， 絮凝劑添加量的增加， 絮凝率卻呈現下降趨勢。

（5）、沉降時間對聚硅酸鐵絮凝效果的影響

由表4可以看出，沉降時間對絮凝劑的絮凝效果有一定影響。總趨勢為：沉降的時間長，絮凝效果就好。而當沉降時間達到2 0 m i n后， 沉降時間對絮凝效果的影響逐漸變小了。在實驗過程中，也可觀察到，沉降時間 5 分鐘時，主要是大塊的沉降物出現； 從 5 m i n-1 0 m i n，主要是較大的沉降物；1 0 m i n 后，較細小的絮體也開始逐漸沉降； 到 2 0 m i n后(這時的絮凝率為67.6％) ， 可通過肉眼觀察到的絮體基本沉降完畢， 絮凝劑絮凝效果受沉降時間的影響逐漸變小。

4、絮凝率的測定

在燒杯中加入100m L的蒸餾水，滴加5ml甲基橙。再加入2.5ml聚硅酸鐵絮凝劑， 快速攪拌（300r/min）2min，慢速攪拌（60r/min）5min， 靜置一定的時

間（30min），取頁面2cm以下清夜，同時以甲基橙配制的原溶液作為對照液，用分光光度計（721分光光度計）測定吸光度，然后計算其絮凝率。

絮凝率的計算公式如下：

絮凝率(％) =

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

5、結論

本實驗以硅酸鈉、硫酸、氯化鐵為原料制備聚硅酸鹽（鐵）絮凝劑，并對此絮凝劑的性能展開研究，研究表明：控制Fe／Si （摩爾比）約為1，活化時間30min，熟化時間4 — 8 d，沉降時間20min以上。該絮凝劑的混凝除濁效果較好。聚硅酸鐵鹽具有凝聚沉降速度快，沉渣量少，pH 適用范圍廣、安全無毒等優點，如果能控制好制備中各項影響因素，調節至最佳實驗條件，將有很好的應用價值。