聚合硫酸铁和聚硅硫酸铁制备及有机改性研究

发布时间：2020-05-07 15:55

【摘要】：混凝技术是水处理中的一项重要技术。高效混凝剂是提高水处理效果和节约水处理成本的关键。铁盐复合混凝剂因其优良的混凝性能和较宽的适应范围成为国内外无机高分子混凝剂的开发热点。但是受到铁本身性质的影响,铁基高分子混凝剂在实际应用中仍然存在一些问题,如分子量较小、稳定时间短、混凝性能较有机高分子混凝剂差等。为提高聚合硫酸铁的分子量,本论文采用加碱和氧化两种方法,制备了不同结构和性能的聚合硫酸铁,并以聚合硫酸铁和聚硅酸为原材料制备了复合混凝剂聚硅硫酸铁(PFSS),对共聚和共混两种方法制备的聚硅硫酸铁进行结构表征和混凝性能测试；同时,本论文再分别以聚合硫酸铁和聚硅硫酸铁为原料与聚丙烯酰胺进行复合,得到聚合硫酸铁-聚丙烯酰胺(PFS-PAM)和聚硅硫酸铁-聚丙烯酰胺(PFSS-PAM)两类铁基无机-有机复合混凝剂,研究PFS-PAM和PFSS-PAM中有机组分含量对铁的形态分布、电位、混凝性能和余铁含量的影响,明确复合混凝剂与PFS及PFSS在混凝效果和稳定性能上的差异,揭示无机-有机组分在复合混凝剂中的作用及混凝机理。主要研究结果如下： (1)采用正交分析法对碱法制备聚铁(APFS)和氧化法制备聚铁(OPFS)进行最佳合成条件实验,APFS的最佳合成条件为20%的硫酸铁溶液20℃下加碱合成,20℃下熟化4h；OPFS的最佳合成条件为45%的硫酸亚铁溶液在20℃下合成,20℃下熟化6h。对比两类混凝剂,它们有相同的价键,价键排列方式和聚合程度不同,表现出混凝性能不同。因此得出APFS与OPFS为性能不同的两种混凝剂。 (2)采用正交分析法确定共混碱法制备聚硅硫酸铁(APFSSm)和共聚碱法制备聚硅硫酸铁(APFSSc)的最佳合成条件。APFSSm的制备条件为聚硅酸45。C活化1h,与APFS混合后在45℃下熟化2h。APFSSm急定性随铁硅比增加增强,随盐基度的增加而减弱,去浊能力有较大的提高。在盐基度为0.1,铁硅比为1.0时最佳。APFSSc为,聚硅酸45℃活化1h,与硫酸铁混合,加入氢氧化钠,然后50℃下熟化2.5h。稳定性随着盐基度的降低和铁硅比的增加而增加。絮凝性能在盐基度为0.1,铁硅比为1.0是最佳。对比APFSSm与APFSSc,二者组成价键一致,由于组合方式不同,表现为结构上的差异和混凝性能的不同,APFSSc的絮凝性能和稳定性更强。 (3)采用正交分析法确定共混氧化法制备聚硅硫酸铁(OPFSSm)和共聚氧化法制备聚硅硫酸铁(OPFSSc)的最佳合成条件。OPFSSm的制备条件为聚硅酸50℃活化1h,与OPFS混合,50℃熟化2h。稳定性在盐基度为0.1,铁硅比为1.0时达到最佳。絮凝性能随盐基度的减小而增加,随铁硅比的增加先升后降,在铁硅比为1.5时达到最佳。共聚法OPFSSc的最佳合成条件为聚硅酸在45℃活化2h,与硫酸亚铁混合,加入双氧水,然后40℃熟化2.5h。OPFSSc稳定性随盐基度的减少而增加,随铁硅比的增加而增加。去浊性能在盐基度为0.1,铁硅比为1.0时达到最大。比较OPFSSm和OPFSSc, OPFSSc具有更佳的絮凝性能。 (4)通过与多种有机高分子水溶物混合复合,确定非离子型聚丙烯酰胺为改性碱法聚合硫酸铁的有机高分子物质。对碱法制备的聚合硫酸铁改性得到APFS-PAM,去浊能力增加。最佳配制比例为APFS:PAM=1000。改性氧化法聚合硫酸铁的有机高分子物质为非离子型聚丙烯酰胺。改性比例OPFS:PAM从20至2000。且OPFS:PAM为1000时去浊效率最高为99.7%。比较OPFS-PAM与APFS-PAM, APFS-PAM表现出较强的去浊絮凝性能,OPFS-PAM表现出较强的COD去除性能。 (5)采用混合复配法,确定非离子型聚丙烯酰胺为改性碱法制备的聚硅硫酸铁(APFSS)的有机高分子物质。其稳定性随APFSS:PAM的减小而增加,去浊性能随APFSS:P AM的增大而增加。去除COD能力比APFSS有了较大的提高,在APFSS:PAM为100时,达到26.7%。非离子型PAM可以与氧化法聚硅硫酸铁共溶,得到有机复合絮凝剂OPFSS-PAM。OPFSS:PAM在20到2000范围内。稳定性和絮凝性能比OPFSS均有提高,稳定时间随OPFSS:PAM的增大而增加,去浊性能随OPFSS:PAM的增大而增加,COD的去除性能在OPFSS:PAM=1000达到最大50.0%。比较APFSS-PAM, OPFSS-PAM具有更强的稳定性能和絮凝性能。 综上所述,本论文针对聚合硫酸铁混凝剂的有机和无机复合改性,结合无机高分子和无机-有机聚合等领域相关技术,合成了PFSS、PFS-PAM和PFSS-PAM三种铁基复合混凝剂,确定了复合混凝剂与PFS在结构特征和混凝性能的差异,初步揭示了复合混凝剂中复合组分相互作用的混凝机理,为高效的铁基复合混凝剂的制备提供理论基础和应用价值。
【图文】：

Wavenuniber <' cm'')图2.1 PFS的红外图谱（B=0.1)Fig.2.1 Infrared spectra of PFS with B=0.1(2) PFS扫描电镜

979cm_i为Fe-0-Fe键的吸收峰，SSOcirf"左动峰。比较APFS与OPFS的红外图谱可以得出，AP，，但其峰高不同。说明两类聚合硫酸铁中组成价键是一样键所占的比例有所不同。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703

【参考文献】

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本文编号：2653199