一種聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復合絮凝劑及其制備方法，尤其是一種聚硅硫酸鐵基無機-有機 復合絮凝劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 混凝沉降法是目前國內外水處理工業(yè)、水污染治理、海水淡化及節(jié)水回用凈化處 理工程技術領域中普遍用來提高水質處理效率的一種既經(jīng)濟又簡便的水處理方法。水處理 技術創(chuàng)新發(fā)展、工藝流程簡化、運行費用降低以及水質凈化質量提高在很大程度上取決于 絮凝劑的性能。因此，新型、高效水處理藥劑與材料始終是水處理環(huán)保產業(yè)技術領域中重點 發(fā)展的支柱產業(yè)，也是水工業(yè)與水污染治理工程技術與設備創(chuàng)新發(fā)展的基礎產業(yè)。
[0003] 目前，絮凝劑的種類主要有無機混凝劑、有機混凝劑、微生物混凝劑以及近幾年來 發(fā)展起來的復合混凝劑。無機混凝劑包括傳統(tǒng)的鐵鹽、鋁鹽、無機高分子混凝劑。有機混凝 劑主要有天然和人工合成兩種，其中天然有機混凝劑主要有淀粉、半乳甘露聚糖、纖維素衍 生物、微生物多糖及動物骨膠五大類，而人工合成混凝劑有陽離子型、陰離子型和非離子 型。
[0004] 無機高分子混凝劑是當前水處理使用量大而面廣的專用化學藥劑。由于它比傳統(tǒng) 藥劑具有凈水效果好、投資少、絮體沉降性能好、產生的污泥量少、適用性廣等優(yōu)點，因此在 國外水處理領域得到廣泛的應用和迅速的發(fā)展。盡管無機鐵鹽混凝劑具有一系列的優(yōu)點， 但是在形態(tài)、聚合度及相應的凝聚-混凝效果方面，無機鐵鹽混凝劑仍處于傳統(tǒng)金屬鹽混凝 劑與有機混凝劑之間的位置，它的分子量和粒度大小以及混凝架橋能力仍比有機混凝劑差 很多，而且由于進一步水解反應導致無機鐵鹽混凝劑在水處理系統(tǒng)不穩(wěn)定。與無機混凝劑 相比，有機混凝劑用量少，混凝速度快，受共存鹽類、介質及環(huán)境穩(wěn)定影響小，處理過程短， 生成的污泥量少，在國內外廣泛用于石油、印染、食品、化工、造紙等廢水的處理中。但其價 格昂貴，且大多數(shù)混凝劑本身或其水解、降解產物有毒，應用受到一定限制。這些問題促使 研究和開發(fā)各種復合型高分子混凝劑。
[0005] 新型的無機有機復合混凝劑具有傳統(tǒng)混凝劑無法比擬的凈水效果，同時具有藥劑 投藥量低、應用范圍廣、使用方便、經(jīng)濟等優(yōu)點。無機有機復合混凝劑的研制和開發(fā)必將給 水工業(yè)、水污染治理與節(jié)水凈化帶來巨大的變化，將為我國開創(chuàng)一個高效、低耗、低投入的 水處理局面。但是目前我國制備的復合無機混凝劑種類繁多，質量參差不齊，這些產品的效 能并沒有明顯的提高，反而混入若干有害物質，這對我國混凝劑工業(yè)的現(xiàn)代化和規(guī)模化十 分不利，而且無機有機復合混凝劑的無機-有機組分相互作用及混凝機理少有研究，這將限 制無機有機復合進一步的發(fā)展以及實際應用，因此開展復合型高分子混凝劑全面系統(tǒng)的研 究是十分必要的。
[0006] 由于無機-有機組分相互作用，復合型高分子混凝劑的形態(tài)分布、荷電情況、水解 形態(tài)等特性與無機、有機混凝劑相比均發(fā)生了變化。由于混凝劑在水處理中主要是通過吸 附電中和作用和吸附架橋作用起作用，其凈水效果與其形態(tài)分布、荷電情況和聚集體大小 密切相關。目前我國無機有機復合混凝劑主要為鋁鹽類復合混凝劑。盡管聚合鋁鹽混凝劑 有較好的水處理效果，但它在環(huán)境中有一定的生物毒性，并且與老年癡呆癥的發(fā)生有一定 的相關性。而鐵鹽混凝劑安全無生物毒性，并且與鋁鹽混凝劑相比，其具有形成的礬花大， 混凝反應快，用量少，沉降快，污泥脫水性好等優(yōu)點。因而近年來鐵鹽復合混凝劑成為國內 外水處理領域內無機高分子混凝劑研究開發(fā)的熱點。
[0007] 在鐵鹽體系中引入陽離子或陰離子聚合物，對鐵鹽混凝劑進行復合改性，是當今 改性鐵鹽混凝劑的重要方法。特別是陽離子聚合物的加入，可以提高鐵鹽混凝劑的表面電 荷，加強其電中和作用，提高其混凝能力，因此將鐵鹽與陽離子有機聚合物復合制備新型無 機有機復合絮凝劑是可行且必要的。
[0008] 目前對鋁鹽、鐵鹽無機絮凝劑引入有機陽離子高分子絮凝劑已有大量報道，但對 將聚硅硫酸鐵引入二甲基二烯丙基均聚物的研究信息還甚少。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的不足之處而提供一種由聚硅硫酸鐵和二 甲基二烯丙基均聚物復合而成的新型無機-有機復合絮凝劑。同時，本發(fā)明還提供一種操作 簡單、便于推廣的上述所述新型無機-有機復合絮凝劑的制備方法。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為:一種聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮 凝劑，所述絮凝劑由聚硅硫酸鐵和二甲基二烯丙基均聚物復合而成。
[0011] 本發(fā)明采用聚硅硫酸鐵和二甲基二烯丙基均聚物復合而成，得到一種新型無機-有機復合絮凝劑，用于水處理行業(yè)時，能夠提高絮凝沉降性能。本發(fā)明的聚硅硫酸鐵基無 機-有機復合絮凝劑為淡黃色至紅褐色液體，易溶于水，不溶于乙醇、甲醇、丙酮等有機溶 劑。
[0012] 作為本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的優(yōu)選實施方式，所述聚硅 硫酸鐵與二甲基二烯丙基均聚物的質量比為3~14%。作為本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的更優(yōu)選實施方式，所述聚硅硫酸鐵與二甲基二烯丙基均聚物的質量比為 5 ~10%〇
[0013] 作為本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的優(yōu)選實施方式，所述二甲 基二烯丙基均聚物為聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚二甲基二烯丙基丙烯酸中的至少一種。
[0014] 另外，本發(fā)明還提供一種操作簡單、易于推廣的上述所述聚硅硫酸鐵基無機-有機 復合絮凝劑的制備方法，為實現(xiàn)此目的，本發(fā)明采取的技術方案為:一種如上所述聚硅硫酸 鐵基無機-有機復合絮凝劑的制備方法，包括以下步驟：
[0015] (1)將聚硅硫酸鐵溶液與二甲基二烯丙基均聚物混合，攪拌均勻，得混合溶液；
[0016] (2)在步驟（1)的混合溶液中加入保護劑，然后于20~50°C下反應1~4小時，即得 聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑。
[0017] 作為本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的制備方法的優(yōu)選實施方 式，所述步驟(2)中的保護劑為亞硫酸鈉、抗壞血酸、抗壞血酸鈉、鹽酸羥胺中的至少一種。 作為本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述保 護劑與所述二甲基二烯丙基均聚物的摩爾比為0.02~0.05。
[0018] 作為本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的制備方法的優(yōu)選實施方 式，所述步驟(1)中的聚硅硫酸鐵溶液采用如下方法制備而成：
[0019] (a)將硅酸鹽和硫酸亞鐵混合后加入反應容器，加入適量水溶解，調節(jié)pH值為1~ 3；
[0020] (b)攪拌下加入氧化劑持續(xù)緩慢氧化，直至硫酸亞鐵氧化完畢；
[0021] (c)加入穩(wěn)定劑，于40~60°C下活化1~4小時，即得聚硅硫酸鐵溶液。
[0022] 作為本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的制備方法的優(yōu)選實施方 式，所述步驟(a)中硅酸鹽為硅酸鋁、硅酸鈣、硅酸鎂、硅酸鉀、硅酸鈉中的至少一種;所述硅 酸鹽與所述硫酸亞鐵的摩爾比為〇. 2~1.2。
[0023] 作為本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的制備方法的優(yōu)選實施方 式，所述步驟(b)中的氧化劑為雙氧水、高鐵酸鉀、過氧化鈉、過氧化鉀、過氧乙酸中的至少 一種;所述硫酸亞鐵與所述氧化劑的摩爾比為1~1.4。
[0024] 作為本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的制備方法的優(yōu)選實施方 式，所述步驟(c)中的穩(wěn)定劑為磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉中的至少一種。作為本發(fā)明所述聚 硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的制備方法的優(yōu)選實施方式，所述穩(wěn)定劑與所述硫酸亞 鐵的摩爾比為0.02~0.05。
[0025]本發(fā)明的聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑，質量穩(wěn)定，將其用于水處理行業(yè)， 能夠有效提高絮凝沉降性能。本發(fā)明所述聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮凝劑的制備方法， 操作簡單，易于推廣。
【附圖說明】
[0026]圖1為采用本發(fā)明絮凝劑處理之后的生活污水效果圖。
[0027]圖2為采用本發(fā)明絮凝劑處理之前的生物污水效果圖。
【具體實施方式】
[0028] 為更好地說明本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點，下面將結合具體附圖和具體實施 例對本發(fā)明作進一步說明。
[0029] 實施例1
[0030] 本發(fā)明聚硅硫酸鐵基無機-有機復合絮