一种锌基复合絮凝剂的制备研究

Posted 2023-01-14 絮凝

篇首语：哪有什么四季，遇见你，四季如春。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了一种锌基复合絮凝剂的制备研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

　　絮凝剂在水处理中可发挥极其重要的作用〔1〕，但单一絮凝剂存在一定不足。无机-有机复合絮凝剂是在单一絮凝剂的基础上发展起来的，可在降低处理成本的同时提高絮凝效果，逐渐成为絮凝剂的研究热点〔2, 3,4〕。

　　目前国内外对铝系絮凝剂的研究已积累了一定成果，但近期有研究发现锌盐是一类极好的缓蚀剂，它成膜快、成本低〔5, 6〕，由其组成的含锌絮凝剂除具有安全、无腐蚀等优点外，凝聚沉降速度比铝盐絮凝剂更快，且沉淀物含水率更低。但有部分研究指出锌盐絮凝剂对 COD 和色度的去除效果没有铝盐絮凝剂理想〔7, 8, 9〕。而且以小分子锌盐和铝盐作絮凝剂时，虽然其含有大量 Zn2+和 Al3+，水解产物能使水中胶体杂质脱稳并发生电中和凝聚作用，但因其分子链较短，产生的卷扫作用有限，不能形成大的絮体。

　　针对这种情况，笔者将锌盐与有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺进行复合制得无机 - 有机复合絮凝剂。该絮凝剂既具有很强的电中和能力，又有长链网状大分子的强烈架桥网捕作用，在保持凝聚沉降快、沉淀物含水率低的同时，絮凝脱色和去除 COD 效果也有较大提高。笔者以高岭土悬浊液的浊度去除率为考察指标，研究了复合絮凝剂的絮凝效果并得到最佳的制备条件。

　　1 实验材料与仪器

　　1.1 实验水样

　　实验所用水样为自配的高岭土废水 ( 质量浓度为2 g/L)。

　　1.2 试剂与仪器

　　试剂：聚丙烯酰胺 ( 非离子型，相对分子质量 200 万～1 400 万 )、氯化锌、氯化铝、氯化铁、硫脲、浓盐酸( 质量分数为 36%)、硫酸肼、六次甲基四胺、氢氧化钙，均为分析纯; 高岭土，化学纯。

　　仪器： FA2004N 电子分析天平 ( 国华电器有限公司 )，pHS-3C 型 pH 计( 上海天达仪器有限公司 )， 90-1 型恒温磁力搅拌器( 金坛市杰瑞尔电器有限公司 )，HH-2 型恒温水浴锅 ( 金坛市杰瑞尔电器有限公司 )，TU-1901 双光束紫外可见分光光度计 ( 北京普析通用仪器有限责任公司 ) 。

　　2 复合絮凝剂的制备及实验方法

　　2.1 复合絮凝剂的制备

　　将一定量的超纯水加热到 60～80 ℃，缓慢加入聚丙烯酰胺，搅拌均匀至其全部溶解。将盐酸加入到超纯水中搅匀，再加入氯化锌和氯化铝，搅匀。将上述两种溶液混匀后放置待用。

　　2.2 实验方法

　　取 500 mL 高岭土废水，用氢氧化钙调节到所需 pH 后，加入一定量的锌基复合絮凝剂，先快速搅拌 1 min，再慢速搅拌 5 min，静置 15 min 后取上清液，用分光光度法测定其浊度。

　　3 结果与讨论

　　3.1 ZnCl2 加入量对絮凝效果的影响

　　在 AlCl3 加入量为 15%( 质量分数，下同 )，PAM 加入量为 0.01%，HCl 加入量为 4%的条件下，改变 ZnCl2 加入量分别为 6%、8%、10%、12%、14%、16%、 18%，合成絮凝剂，考察 ZnCl2 加入量对絮凝性能的影响，结果如图 1 所示。

图 1 ZnCl₂ 加入量对絮凝剂絮凝效果的影响

　　由图 1 可以看出，随着 ZnCl2 加入量的增加，复合絮凝剂的除浊率先升高后下降。ZnCl2 加入量为 10%时絮凝剂的絮凝效果最好，其对高岭土废水的除浊率达到 98.5%。这是因为适量的 Zn2+有利于网状物及片状物的形成，加强了絮凝剂的吸附架桥和网捕作用，从而改善絮凝效果。

　　3.2 AlCl3 加入量对絮凝效果的影响

　　在 PAM 加入量为 0.01% ，HCl 加入量为 4% ， ZnCl2 加入量为 10%的条件下，改变 AlCl3 加入量分别至 5%、10%、15%、20%、25%、30%，合成絮凝剂，考察 AlCl3 加入量对絮凝性能的影响，结果见图 2。

图 2 AlCl₃ 加入量对絮凝剂絮凝效果的影响

　　图 2 表明，絮凝剂中的 AlCl3 加入量为 10%时的除浊率最高，为 99.45%。 AlCl3 用量过多时，污水中的胶体易吸附大量铝离子而带正电荷，与絮凝剂间会发生排斥作用，不利于絮凝剂对胶体的吸附。而 AlCl3 加入量较小时，絮凝剂的电中和性较弱，也会降低絮凝效果。

　　3.3 PAM 加入量对絮凝效果的影响

　　固定絮凝剂中的 ZnCl2 加入量为 10% ，AlCl3 加入量为10% ，HCl 加入量为 4% ，改变 PAM 加入量分别为 0.005% 、0.01% 、0.015% 、0.02% 、0.025% 、 0.03% 、0.04% ，合成絮凝剂，考察 PAM 加入量对絮凝性能的影响，如图 3 所示。

图 3 PAM 加入量对絮凝剂絮凝效果的影响

　　由图3可以看出，PAM 加入量为 0.015% 时的絮凝效果最好，除浊率可达 99.43% 。这是因为 PAM 达到一定量时，复合絮凝剂与絮体之间不仅产生架桥和网捕作用，高分子之间还会形成三维网状的大絮体，从而有利于沉淀分离。但此时若继续增加 PAM 用量，这种高分子间的相互作用将会消失。

　　3.4 HCl 加入量对复合絮凝剂絮凝效果的影响

　　固定絮凝剂中的 ZnCl2 加入量为 10% ，AlCl3 加入量为 10% ，PAM 加入量为 0.015% ，改变 HCl 加入量分别为 1% 、2% 、3% 、4% 、5% 、6% 、7% ，合成絮凝剂，考察 HCl 用量对絮凝剂絮凝性能的影响，结果如图 4 所示。

图 4 盐酸加入量对絮凝剂絮凝效果的影响

　　由图 4 可见，HCl 用量对除浊率的影响较小，絮凝效果总体较为理想。制备过程中加入 HCl 是为了防止絮凝剂在制备和储存过程中无机盐部分 ( 即氯化锌和氯化铝 ) 发生水解，而加入一定量的 HCl 即可达到此效果。HCl 加入量为 3%时的絮凝效果较好，除浊率最高为 99.2% 。

　　3.5 絮凝沉降性能比较

　　为了验证所制备锌基复合絮凝剂的效果，采用同样方法制备了铝盐复合絮凝剂和铁盐复合絮凝剂。在上述最优条件下，分别用铝盐复合絮凝剂、铁盐复合絮凝剂和锌基复合絮凝剂进行试验，测定不同沉降时间内的上清液高度，结果如图5 所示。

图 5 3 种絮凝剂的性能比较

　　由图 5 可知，锌基复合絮凝剂的污泥沉降速度较铝盐复合絮凝剂和铁盐复合絮凝剂的要快。经分析认为这是由于锌离子具有更优的吸附与凝聚作用。此外从实验现象看，加入锌基复合絮凝剂形成的絮体大且密实，沉降速度快，而加入其他 2 种絮凝剂形成的絮体小，沉降速度慢。这也说明锌基复合絮凝剂的絮凝沉降性能较佳。。

　　4 结论

　　实验研究表明，以氯化锌、氯化铝、盐酸和聚丙烯酰胺为原料制备出的锌基复合絮凝剂具有良好的絮凝效果，除浊率可以满足工业应用要求。

　　(1)在锌基复合絮凝剂的制备过程中，AlCl3、PAM 和 ZnCl2 的用量对复合絮凝剂的絮凝效果有直接影响。 ZnCl2、AlCl3、PAM 的最佳加入量分别为絮凝剂质量的 10%、10%、0.015%。 HCl 用量对絮凝剂的絮凝效果影响不是很明显。

　　(2)锌基复合絮凝剂的沉降性能要优于铝盐复合絮凝剂和铁盐复合絮凝剂。