本發(fā)明屬于水環(huán)保
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種凈水用PACS絮凝劑，尤其涉及一種高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：PACS產(chǎn)品是高純聚合氯化鋁引入硫酸根離子的高效復(fù)合產(chǎn)品。其現(xiàn)有生產(chǎn)方式是在反應(yīng)釜中加溫加壓，將含Al2O3在64％左右的氫氧化鋁凝膠在反應(yīng)釜中以低于鋁當(dāng)量的鹽酸在加溫加壓的條件下溶出鋁液，經(jīng)分離后一步合成得到清澈透亮的聚合氯化鋁液體。其反應(yīng)為：Al(OH)3+HCl→Al(OH)2Cl+H2O2Al(OH)2Cl+HCl→Al2(OH)3Cl3+H2OAl2(OH)3Cl3→〔Al2(OH)nCl6-n〕MM＜10的聚合氯化鋁通式。羥基聚合鋁的各種化合態(tài)都屬于鋁離子在溶液中水解、絡(luò)合、膠溶、沉淀、晶化的反應(yīng)中間產(chǎn)物，它也是根據(jù)聚合度的分子量進(jìn)行分類的。最早的PAC溶液中加入硫酸根離子，是日本人研究的，其電荷強(qiáng)度略低，零電點(diǎn)在PH7.5，而傳統(tǒng)的PAC和硫酸鋁，其電荷強(qiáng)度更低，在PH值達(dá)中性后即轉(zhuǎn)為負(fù)電荷，絮凝劑的電中和性及網(wǎng)捕功能下降很多，為此，國內(nèi)的PAC產(chǎn)品也開始加入一些硫酸根，形成了后來的PACS產(chǎn)品。隨著國內(nèi)中科院在羥基鋁的形態(tài)上的發(fā)展研究，從理論與實(shí)踐的探索，從化學(xué)品提純的機(jī)理上將Al13的研究提取上升到了納米級技術(shù)材料來看，在與Al13結(jié)合并分離提取的過程中，硫酸根離子的應(yīng)用成了納米級技術(shù)合成的一部分，也是檢驗(yàn)硫酸根與羥基鋁生成沉淀物來檢測溶液的形態(tài)組成，即：Al13O4(OH)24(H2O)+712(分子通式)，表明硫酸根與羥基鋁溶液在不同形態(tài)下存在的化學(xué)動力學(xué)過程，基本反應(yīng)為：Ala+nSO2-4→Al-a(SO4)n瞬時反應(yīng)生成溶解絡(luò)合物Alb+nSO2-4→Al-b(SO4)n慢速反應(yīng)生成晶體沉淀物Alc+nSO2-4→Al-c(SO4)n快速反應(yīng)生成無定形沉淀物再加入Ba鹽產(chǎn)品及鈣置換出Alb材料。即形成的晶形結(jié)構(gòu)為：Na〔Al13O4(OH)24(H2O)12(SO4)4〕Al-b(SO4)n+nBa(NO3)2n→Al-b(NO3)2n+nBaSO4分離出BaSO4沉淀即得到：Al-b(NO3)2n→Alb→Al13此外，現(xiàn)有的制備方法的流程通常如圖1所示，但是，在制備過程中，由于生產(chǎn)合成的條件和方式不一樣，特別是在一步料生產(chǎn)中復(fù)配，生產(chǎn)中控制鹽基度的條件就有著很大的區(qū)別。以日本的生產(chǎn)工藝來看，它是由氫氧化鋁堿溶生成鋁酸鈉，再由CO2氣酸化生成氫氧化鋁，再以鹽酸溶解聚合成為聚合氯化鋁的一段料，再加入硫酸根SO2-4，基本反應(yīng)式為：Al(OH)3+NaOH→NaAl(OH)42NaAl(OH)4+CO2→Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O2Al(OH)3+(6-n)HCl→〔Al2(OH)nCl6-n〕+(6-n)H2O那么這種工藝生產(chǎn)一步料的鹽基度可調(diào)性就大一些。而我國直接用氫氧化鋁凝膠用鹽酸反應(yīng)，液料鹽基度做不上去，酸度過大造成反應(yīng)合成機(jī)理的水解聚合度不夠，聚合體的分子量也上不去，那么加入SO4根提高AL13納米技術(shù)的含量在實(shí)際生產(chǎn)中就很困難。日本同樣一步法生產(chǎn)聚合鋁時堿化度達(dá)到60％以上也是有困難。因此，日本就把堿化度規(guī)定在45％-60％之間，而含硫酸根不超過3.5％，用硫酸根來提高產(chǎn)品的聚合度。其實(shí)際上，含硫酸根AL/SO4的理論值堿化度應(yīng)在70％-75％時會有最合適的聚合度。為此，各個國家在實(shí)際水處理應(yīng)用中，都力求將一步生產(chǎn)的PACS產(chǎn)品堿化度加以提高。表1日本與中國PACS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較從日本及中國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較，我們在高純PACS產(chǎn)品中，差距是很大的。首先堿化度由于生產(chǎn)工藝不一樣，實(shí)際差異有15％，硫酸根的差異就更大了，因?yàn)樗崛軞溲趸X做法，加入的硫酸鹽不但沒有提高鹽基度，反而由于SO4根中氫離子濃度增大了使高純PAC液體鹽基度下降，從而使堿化度提不上去，簡單的羥基鋁聚合體的分子量下降，在水處理運(yùn)用中有效羥基度鋁聚合水解度不夠，影響了膠體化學(xué)中的電中和性，在網(wǎng)捕、架橋、吸附等功能體中不如高鹽基度的PACV等產(chǎn)品。為此，國內(nèi)許多工廠在SO-4的加入中學(xué)習(xí)日本技術(shù)，都把SO-4根含量提高到了2.0％-3.0％之間，PACS產(chǎn)品有了明顯的改善，但堿化度的提高仍是一個攻關(guān)的課題。因?yàn)榇蠹叶贾?，Al/SO4的合成是PACV鋁鹽不能具備納米級技術(shù)的條件，所以攻克Al/SO4改變堿化度是一個非常大的技術(shù)難題。因此，針對目前國內(nèi)外的PACS產(chǎn)品的納米級晶型結(jié)構(gòu)形態(tài)，提高羥基聚合度和改變鹽基度來增加無機(jī)高分子量，這就是目前凈水劑PACS產(chǎn)品的非常難的突破點(diǎn)。鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)缺陷，迫切需要研制一種PACS絮凝劑的制備新方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑及其制備方法，PACS絮凝劑具有納米級晶型結(jié)構(gòu)形態(tài)，顯著提高了羥基聚合度和鹽基度，從而增加了無機(jī)高分子量，具有非常好的凈水效果。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)、生成一段PAC物料：將氫氧化鋁、水和酸度為31％的鹽酸加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，其中，氫氧化鋁的用量為控制總反應(yīng)物中Al2O3含量為13.5％-14.5％，濃度為31％的鹽酸的用量為使得總反應(yīng)物的酸度為16％，并且，在反應(yīng)過程中使得反應(yīng)壓力為0.2-0.25Mpa、反應(yīng)溫度為125℃-135℃、反應(yīng)時間為4小時，反應(yīng)結(jié)束即可得到一段PAC物料；(2)、生成二段高純PAC物料：將所述一段PAC物料置于合成釜中，用酸度為31％的鹽酸將其酸度調(diào)至8％-12％，并加入鋁酸鈣粉，進(jìn)行常壓反應(yīng)，其中，所述鋁酸鈣粉的加入量為使得總反應(yīng)物中Al2O3含量為14.5％-15.5％，并且，在常壓反應(yīng)過程中使得反應(yīng)溫度為105℃-115℃、反應(yīng)時間為2-3h，在常壓反應(yīng)結(jié)束后加入Al2(SO4)3·18H2O，所述Al2(SO4)3·18H2O的加入量為控制SO-4的出料標(biāo)準(zhǔn)為2.5％-3.5％，即可得到二段高純PAC物料；(3)、物料一級分離：用純度為99.9％的高純鋁粉對所述二段高純PAC物料進(jìn)行反應(yīng)置換使其脫出微量鐵元素，其中，反應(yīng)置換的反應(yīng)溫度為75℃-90℃、反應(yīng)時間為1-2h，并且在反應(yīng)置換后加入植物活性炭進(jìn)行物理吸附，其中，物理吸附15分鐘后，待液體溫度在75℃-90℃之間時加入非離子高分子助劑剝離雜質(zhì)，并抽入壓濾機(jī)過濾，得到Al2O3含量為15.5％-16.5％、鹽基度為65％-75％、SO-4為2.5％-3.5％的高純納米級PAC物料；(4)、二級分離：將一級壓濾后的高純納米級PAC物料進(jìn)行熟化沉淀36h，之后補(bǔ)入植物活性炭進(jìn)行吸附脫色，吸附脫色時間為15分鐘，之后，將吸附脫色后的物料抽入壓濾機(jī)中進(jìn)行二次壓濾，得到清澈透亮的高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑。進(jìn)一步地，其中，所述步驟(1)中的氫氧化鋁為Al2O3含量為65％的工業(yè)級氫氧化鋁。更進(jìn)一步地，其中，所述步驟(2)中的鋁酸鈣粉由氧化鋁或氫氧化鋁加氧化鈣燒制而成，且所述鋁酸鈣粉中Al2O3的含量為65-75％，CaO的含量為25-35％。再進(jìn)一步地，其中，所述植物活性炭為200目的椰殼高純植物活性炭。再更進(jìn)一步地，其中，所述非離子高分子助劑的用量為1.5‰，且其分子量為1200萬。此外，其中，所述純度為99.9％的高純鋁粉的用量為所述二段高純PAC物料的1-3％。進(jìn)一步地，其中，所述步驟(3)中的植物活性炭的用量為所述二段高純PAC物料的30-60％。更進(jìn)一步地，其中，所述步驟(4)中的植物活性炭的用量為所述高純納米級PAC物料的20-50％。此外，本發(fā)明還提供一種高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑，其特征是，該高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑用上述任一種制備方法制得。與現(xiàn)有的制備方法相比，本發(fā)明的高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑及其制備的方法具有如下有益技術(shù)效果：1、其解決了PACS產(chǎn)品的羥基聚合度和鹽基度的提升問題；2、得到了聚合度好、鹽基度高的高品質(zhì)PACS產(chǎn)品，從而提高了高純納米級PACS產(chǎn)品的應(yīng)用前景。附圖說明圖1是本發(fā)明的現(xiàn)有PACS絮凝劑的制備方法的流程圖。圖2是本發(fā)明的高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑的制備方法的流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，實(shí)施例的內(nèi)容不作為對本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制。圖2示出了本發(fā)明的高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑的制備方法的流程圖。如圖1所示，本發(fā)明的高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑的制備方法包括以下步驟：首先、生成一段PAC物料。在本發(fā)明中，將氫氧化鋁、水和酸度為31％的鹽酸加入到反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)。其中，氫氧化鋁的用量為控制總反應(yīng)物中Al2O3質(zhì)量百分含量為13.5％-14.5％。同時，濃度為31％的鹽酸的用量為使得總反應(yīng)物的酸度為16％。并且，在本發(fā)明中，在反應(yīng)過程中使得反應(yīng)壓力為0.2-0.25Mpa、反應(yīng)溫度為125℃-135℃、反應(yīng)時間為4小時。反應(yīng)結(jié)束即可得到一段PAC物料。此外，在本發(fā)明中，鹽酸必須使用無污染(無重金屬、無有機(jī)物)的酸度為31％的高純工業(yè)合成鹽酸。并且，所述氫氧化鋁為Al2O3含量為65％的工業(yè)級氫氧化鋁。其次，生成二段高純PAC物料。在本發(fā)明中，將所述一段PAC物料置于合成釜中，用酸度為31％的鹽酸將其酸度調(diào)至8％-12％，并加入鋁酸鈣粉，進(jìn)行常壓反應(yīng)。其中，所述鋁酸鈣粉的加入量為使得總反應(yīng)物中Al2O3含量為14.5％-15.5％。并且，在本發(fā)明中，在常壓反應(yīng)過程中使得反應(yīng)溫度為105℃-115℃、反應(yīng)時間為2-3h。此外，在本發(fā)明中，在常壓反應(yīng)結(jié)束后加入Al2(SO4)3·18H2O。所述Al2(SO4)3·18H2O的加入量為控制SO-4的出料標(biāo)準(zhǔn)為2.5％-3.5％。之后即可得到二段高純PAC物料。并且，所述Al2(SO4)3·18H2O滿足飲用水級國標(biāo)。需要說明的是，在本發(fā)明中，所述鋁酸鈣粉由氧化鋁或氫氧化鋁加氧化鈣燒制而成，即，且所述鋁酸鈣粉中Al2O3的含量為65-75％，CaO的含量為25-35％。通常情況下，所述鋁酸鈣粉的成分如下表2所示：表2鋁酸鈣粉的成分成份Al2O3CaOSiO2F2O3TiO2MgO含量％65-7525-350.02-0.050.001-0.00050.002-0.00050.002-0.0005在本發(fā)明中，通過將加入硫酸根的氯化鋁溶液與這種燒結(jié)合成的鋁酸鈣粉進(jìn)行酸化、催化、水解聚合反應(yīng)，提高了PACS產(chǎn)品的羥基聚合度和鹽基度。再次，物料一級分離。在本發(fā)明中，生成二段高純PAC物料之后，需要用純度為99.9％的高純鋁粉對所述二段高純PAC物料進(jìn)行反應(yīng)置換使其脫出微量鐵元素。其中，反應(yīng)置換的反應(yīng)溫度為75℃-90℃、反應(yīng)時間為1-2h。并且，所述純度為99.9％的高純鋁粉的用量為所述二段高純PAC物料的1-3％。此外，在反應(yīng)置換后加入植物活性炭進(jìn)行物理吸附。其中，物理吸附15分鐘后，待液體溫度在75℃-90℃之間時加入非離子高分子助劑剝離雜質(zhì)，并抽入壓濾機(jī)過濾，得到Al2O3含量為15.5％-16.5％、鹽基度為65％-75％、SO-4為2.5％-3.5％的高純納米級PAC物料。在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述植物活性炭為200目的椰殼高純植物活性炭。更優(yōu)選地，所述植物活性炭的用量為所述二段高純PAC物料的30-60％。此外，優(yōu)選地，所述非離子高分子助劑的用量為1.5‰，且其分子量為1200萬。最后，進(jìn)行二級分離。一級過濾分離出來的物料有一個熟化反應(yīng)的過程，通常一級壓濾的物料要熟化沉淀36h，液體中超細(xì)的硫酸鈣晶體在常溫、常壓中變大析出。因此，需要將一級壓濾后的高純納米級PAC物料進(jìn)行熟化沉淀36h，之后補(bǔ)入植物活性炭進(jìn)行吸附脫色。其中，所述吸附脫色時間為15分鐘。之后，將吸附脫色后的物料抽入壓濾機(jī)中進(jìn)行二次壓濾，得到清澈透亮的高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑。在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述植物活性炭的用量為所述高純納米級PAC物料的20-50％。本發(fā)明的制備方法制得的高純高鹽基度PACS絮凝劑在不同地區(qū)【酸性土壤】的飲用水、食品、造紙施膠、白水回收、油田廢水等等條件下都更具有特點(diǎn)，它比高純PAC、PACS的應(yīng)用范圍更寬，處理效果更好、純度高、用藥量少，是一個超前沿的納米級高端產(chǎn)品。我們用目前國內(nèi)幾個有代表性的產(chǎn)品進(jìn)行了對比試驗(yàn)，即：表3選用的試驗(yàn)藥劑對比數(shù)據(jù)序號產(chǎn)品名稱Al2O3％鹽基度％SO2‐4％1PACV30.1884‐2PAC(高純)29.4143.2‐3PACS29.1241.62.454本發(fā)明的納米級PACS34674.5試驗(yàn)技術(shù)條件以重量百分比計算，1ml含10mg/L，即10ppm?！緦?shí)驗(yàn)一】取右江河水試驗(yàn)，得到如下表4的結(jié)果。表4測試數(shù)據(jù)比較【實(shí)驗(yàn)二】采用原水配泥試驗(yàn)，得到如下表5的結(jié)果。表5測試數(shù)據(jù)比較通過試驗(yàn)比較及市場對應(yīng)結(jié)果表明，本發(fā)明的納米級PACS絮凝劑在東南亞等國家飲用水處理中使用效果非常好。為了提高PACS產(chǎn)品的羥基聚合度和鹽基度的改變，本發(fā)明把加入硫酸根的氯化鋁溶液與特制的氫氧化鋁燒結(jié)合成的新型鋁酸鈣粉進(jìn)行酸化、催化、水解聚合反應(yīng)，再通過一級分離后加入植物性活性炭粉吸附分離，并加入高分子助劑，將超細(xì)的硫酸鈣結(jié)晶體完全分離去除，從而得到了高純高鹽基度納米級PACS絮凝劑。本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。當(dāng)前第1頁1 2 3