絮凝剂APPFS的制备、表征及在黄河水处理中的应用 4页

第２６卷第５期中国给水排水Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．５２０１０年３月ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲＭａｒ．２０１０絮凝剂ＡＰＰＦＳ的制备、表征及在黄河水处理中的应用韩晓燕，王萍，龚玉蓉，邓佩佩，张鹏会（兰州交通大学化学与生物工程学院，甘肃兰州７３００７０）３－摘要：采用碱化法，在引入ＰＯ４制备聚合磷硫酸铁的过程中加入改性凹凸棒，制备出新型复合无机高分子絮凝剂聚合磷硫酸铁－凹凸棒（ＡＰＰＦＳ），并运用傅立叶红外光谱仪和扫描电镜等仪器对ＡＰＰＦＳ进行表征，同时通过处理黄河水来考察其絮凝性能。结果表明：当ＡＰＰＦＳ的盐基度为０．３、Ｐ／Ｆｅ为０．０５、投加量为４ｍｇ／Ｌ、原水ｐＨ值为８左右时，ＡＰＰＦＳ的絮凝性能最佳，除浊率达到９８．９３％，且其絮凝效果明显优于传统絮凝剂ＰＡＣ的。关键词：ＡＰＰＦＳ；聚合磷硫酸铁；改性凹凸棒；絮凝剂中图分类号：ＴＵ９９１文献标识码：Ｃ文章编号：１０００－４６０２（２０１０）０５－００６６－０３Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｌｏｃｃｕｌａｎｔＡＰＰＦＳｉｎＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒＷａｔｅｒＴｒｅａｔｍｅｎｔＨＡＮＸｉａｏｙａｎ，ＷＡＮＧＰｉｎｇ，ＧＯＮＧＹｕｒｏｎｇ，ＤＥＮＧＰｅｉｐｅｉ，ＺＨＡＮＧＰｅｎｇｈｕｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｖｅｌｉｎｏｒｇａｎｉｃｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ，ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｔｅｆｅｒｒｉｃｓｕｌｆａｔｅａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ（ＡＰＰＦＳ）ｗａｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｐｈｏｓｐｈａｔｅｉｏｎｉｎｔｏｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｔｅｆｅｒｒｉｃｓｕｌｆａｔｅａｎｄａｄｄｉｎｇｍｏｄｉｆｉｅｄａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ．ＴｈｅｐｒｅｐａｒｅｄＡＰＰＦＳｗａｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙＦＴＩＲａｎｄＳＥＭ，ａｎｄｔｈｅｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＡＰＰＦＳｉｎｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＹｅｌｌｏｗＲｉｖｅｒｗａｔｅｒｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｂａｓｉｃｉｔｙｉｓ０．３，Ｐ／Ｆｅｍｏｌａｒｒａｔｉｏｉｓ０．０５，ＡＰＰＦＳｄｏｓａｇｅｉｓ４ｍｇ／Ｌ，ａｎｄｐＨｖａｌｕｅｏｆｒａｗｗａｔｅｒｉｓ８，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｏｆｔｕｒｂｉｄｉｔｙｉｓ９８．９３％．Ａｌｓｏ，ｔｈｅｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＡＰＰＦＳｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＰＡＣ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＰＰＦＳ；ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｔｅｆｅｒｒｉｃｓｕｌｆａｔｅ；ｍｏｄｉｆｉｅｄａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ；ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ絮凝沉淀技术是目前国内外普遍使用的一种水其与ＰＰＦＳ复合制得新型絮凝剂聚合磷硫酸铁－凹质前置处理技术，具有经济、简便的优点，而恰当地凸棒（ＡＰＰＦＳ），并对其进行表征，同时通过处理黄河选择性能优良的絮凝剂则是絮凝沉淀技术的关键。水来考察其絮凝性能。聚合磷硫酸铁（ＰＰＦＳ）是在聚合硫酸铁（ＰＦＳ）的基１试验部分３－础上引入ＰＯ４而合成的新型无机高分子絮凝剂，１１试验材料３－３＋由于ＰＯ４能与Ｆｅ作用，可增强ＰＦＳ的配位络合仪器：ＪＪ－４Ａ六联自动升降搅拌机、ＤＥＬＴＡ３２０［１］能力，形成多核络合物，故其具有絮体形成快，颗ｐＨ计、７２１型分光光度计、电热恒温鼓风干燥箱、电粒密度大，对浊度、色度、磷酸盐的去除率高，对水温子天平、ＶＥＲＴＥＸ７０型傅立叶变换红外／拉曼光谱和ｐＨ的适应范围广等优点，但其腐蚀性较强、易对仪、ＪＥＯＬＪＳＭ－６７０ＩＦ冷场发射型扫描电镜。水体造色。为解决上述问题，笔者引入吸附作用较材料：抗坏血酸（ＡＲ）、钼酸铵（ＡＲ）、酒石酸锑［２～４］［５］强的天然矿物凹凸棒，根据协同增效原理将氧钾（ＡＲ）、硫酸（ＡＲ）、硫酸铁（ＡＲ）、碳酸氢钠·６６·\nｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ韩晓燕，等：絮凝剂ＡＰＰＦＳ的制备、表征及在黄河水处理中的应用第２６卷第５期（ＡＲ）、无水磷酸二氢钾（ＡＲ）、凹凸棒。黄河水取自着盐基度的增大，除浊率先升高后降低。当盐基度甘肃黄河段，其浊度为５３．２３ＮＴＵ、ｐＨ值为８．３６。为０．３时，除浊效果最佳，除浊率达到９８．８５％，且１２ＡＰＰＦＳ的制备此时出水中残留磷的浓度最小。这是因为，随盐基３＋取定量的Ｆｅ２（ＳＯ４）３和改性凹凸棒置于２５０度的增大，越来越多的Ｆｅ与羟基结合，Ｆｅ—ＯＨ—ｍＬ三口烧瓶中，加入一定量的蒸馏水且搅拌均匀，Ｆｅ和Ｆｅ—Ｏ—Ｆｅ桥键增多，单体铁［Ｆｅ（ａ）］和链状３＋配成Ｆｅ浓度为３．０ｍｏｌ／Ｌ的溶液；而后在一定温的羟铁基络合物［Ｆｅ（ｂ）］的数量增加，使得吸附－［６］度下滴加ＮａＨＣＯ３，使产品达到预定的盐基度；反架桥作用、吸附－电中和作用以及压缩双电层作用应一定时间后，加入相应量的Ｎａ２ＨＰＯ４，恒温继续反增强，ＡＰＰＦＳ的絮凝性能提高；但当盐基度过大时，应４０ｍｉｎ，室温熟化２４ｈ，将所得红棕色液体产品在随羟铁比的增大，Ｆｅ（ａ）和Ｆｅ（ｂ）的浓度降低，并向５０～６０℃下烘干，研磨即得黄色ＡＰＰＦＳ固体产品。凝胶态铁［Ｆｅ（ｃ）］转化，吸附－架桥作用、吸附－电１３黄河水的絮凝中和作用以及压缩双电层作用减弱，絮凝性能减［７］向５００ｍＬ黄河水中加入一定量的ＡＰＰＦＳ溶弱。由此可知，ＡＰＰＦＳ的最佳盐基度为０．３。液，用六联自动升降搅拌机先快速（２００ｒ／ｍｉｎ）搅拌除浊率１ｍｉｎ，再中速（１５０ｒ／ｍｉｎ）搅拌３ｍｉｎ，最后慢速（５０残留磷!ｒ／ｍｉｎ）搅拌５ｍｉｎ，沉降一定时间后，用注射器吸取率磷距液面２ｃｍ的上清液并测定其浊度（分光光度法）浊留除残和磷浓度（钼锑抗分光光度法）。水出２结果与讨论２１ＡＰＰＦＳ的结构表征盐基度由ＡＰＰＦＳ的红外吸收光谱可知，ＡＰＰＦＳ的红外吸收频率基本在３３７８、２３１１、１６３４、１２２５、１１３５、图１盐基度对ＡＰＰＦＳ絮凝性能的影响－１１０００、６６８、５９７、４８２ｃｍ左右的波数范围内，其中Ｆｉｇ．１ＥｆｆｅｃｔｏｆｂａｓｉｃｉｔｙｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＡＰＰＦＳ－１３３７８．１８ｃｍ为典型的羟基吸收峰，也是水分子中２２２Ｐ／Ｆｅ值对ＡＰＰＦＳ絮凝性能的影响－１羟基的伸缩振动吸收峰，１６３４．６８ｃｍ是典型的水固定ＡＰＰＦＳ的盐基度为０．３，在室温下往原水分子中羟基的弯曲振动吸收峰，１０００和６６８．０５中投加一定量不同Ｐ／Ｆｅ（物质的量之比）值的絮凝－１ｃｍ是Ｆｅ—ＯＨ的弯曲振动吸收峰。根据硫酸盐和剂，考察Ｐ／Ｆｅ值对ＡＰＰＦＳ絮凝性能的影响。磷酸盐的红外特征频率可知，２３１１．０４、１２２５．５８和结果表明，改变Ｐ／Ｆｅ值对ＡＰＰＦＳ的除浊效果－１－－１２－４８２ｃｍ为ＨＳＯ４的吸收峰，１１３５．１９ｃｍ为ＳＯ４有较大影响。当Ｐ／Ｆｅ为０．０１～０．０５时，随着Ｐ／Ｆｅ－１２－的特征吸收峰，６６８．０５ｃｍ是ＳＯ４的弱吸收峰。值的增大，ＡＰＰＦＳ的除浊能力增强。这是因为，－１３－ＰＯ３－置换ＰＦＳ的羟基，在铁原子间架桥形成高价的此外，１０００和５９７．５３ｃｍ也为ＰＯ４的吸收峰。４由ＡＰＰＦＳ的扫描照片可知，ＡＰＰＦＳ外观总体上多核络合物，对水中带负电的胶体的吸附架桥作用表现为无定形结构，大小不同的颗粒随机聚集而形增强。当Ｐ／Ｆｅ为０．０５时，ＡＰＰＦＳ的除浊效果最佳，成大小和形状不均匀的块状物，结构紧密。ＡＰＰＦＳ除浊率高达９８．９４％，且处理后水体的残留磷浓度３－具有较大的表面积，吸附力较强，有利于吸附水中的最低。若继续增大ＰＯ４的浓度，絮凝效果有所下胶体及悬浮颗粒。降。因此，当Ｐ／Ｆｅ为０．０５时，絮凝效果最好。２２ＡＰＰＦＳ的絮凝试验２２３投加量对ＡＰＰＦＳ絮凝性能的影响２２１盐基度对ＡＰＰＦＳ絮凝性能的影响固定ＡＰＰＦＳ的盐基度为０．３、Ｐ／Ｆｅ为０．０５，在盐基度直接决定絮凝剂的聚合度，对絮凝效果室温下考察ＡＰＰＦＳ的投加量对絮凝效果的影响，并有很大的影响。在室温下，将一定量不同盐基度的与絮凝剂ＰＡＣ进行对比，结果见图２。絮凝剂投加到黄河水中，考察盐基度对ＡＰＰＦＳ絮凝由图２可知，处理同一种水体，ＡＰＰＦＳ和ＰＡＣ性能的影响，结果见图１。都存在最佳投加量；在相同投加量下，ＡＰＰＦＳ的絮凝由图１可知，ＡＰＰＦＳ对原水的絮凝效果较好，随效果明显好于ＰＡＣ的。ＡＰＰＦＳ在投加量为４ｍｇ／Ｌ·６７·\n第２６卷第５期中国给水排水ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ时的絮凝效果最佳，除浊率也达到９８．９３％；ＰＡＣ在及助凝剂改性凹凸棒的贡献。此外，随着ｐＨ的增投加量为６ｍｇ／Ｌ时才达到最佳絮凝效果，而且其除大，ＡＰＰＦＳ处理后水体中残留磷的浓度先逐渐减小，浊率低于ＡＰＰＦＳ的。随着絮凝剂投加量的增多，残当ｐＨ＞１０后又开始增大。留磷的浓度也逐渐增大，这是因为，水中胶体的表面３结论带有大量负电荷，颗粒间由于同性电荷相斥而分散引入吸附作用较强的天然矿物凹凸棒，根据协稳定、不互相聚集，易使形成的絮体重新变成稳定的同增效原理将其与ＰＰＦＳ复合制得新型絮凝剂ＡＰ［８］胶体，絮凝效果下降。ＰＦＳ，并将其应用到黄河水的处理中。当ＡＰＰＦＳ的盐基度为０．３、Ｐ／Ｆｅ为０．０５、投加量为４ｍｇ／Ｌ、原水ｐＨ值为８左右时，ＡＰＰＦＳ的絮凝性能最佳，除浊率!达到９８．９３％，且其絮凝效果明显优于传统絮凝剂率磷浊留ＰＡＣ的。除除浊率残除浊率水残留磷出参考文献：［１］田宝珍，汤鸿霄．含磷酸盐的三氯化铁的水解溶液的絮凝剂投加量!化学特征［Ｊ］．环境化学，１９９５，１４（４）：３２９－３３６．图２投加量对ＡＰＰＦＳ絮凝性能的影响［２］易皓，许振成，金中，等．超细粉体凹凸棒石助凝处理Ｆｉｇ．２Ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｄｏｓａｇｅｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ污染河水的研究［Ｊ］．中国给水排水，２００９，２５（１５）：４９ＡＰＰＦＳ－５１，５４．２２４ｐＨ对ＡＰＰＦＳ絮凝性能的影响［３］谢刚，韩志勇，赵霞．Ｆｅｎｔｏｎ／活化凹凸棒石工艺去除在室温下，用ＮａＯＨ和ＨＣｌ溶液调节原水的微污染水中的苯酚［Ｊ］．中国给水排水，２００８，２４ｐＨ，并向各烧杯中投加４ｍｇ／Ｌ、盐基度为０．３、Ｐ／Ｆｅ（１９）：５８－６１．为０．０５的ＡＰＰＦＳ，考察ｐＨ对ＡＰＰＦＳ絮凝性能的影［４］夏德强，王萍，付君善．新型环保絮凝剂ＡＰＡＣ的制备响，并与ＰＡＣ的絮凝效果进行对比，试验结果如图３及性能表征［Ｊ］．中国给水排水，２００８，２４（１５）：８２－所示。８５．［５］徐晓军．化学絮凝剂作用原理［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５．!［６］ＺｏｕｂｏｕｌｉｓＡＩ，ＭｏｕｓｓａｓＰＡ，ＶａｓｉｌａｋｏｕＦ．Ｐｏｌｙｆｅｒｒｉｃｓｕｌ率磷浊留ｐｈａｔｅ：Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎ除除浊率残除浊率水ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＨａｚａｒｄＭａｔｅｒ，２００８，１５５出残留磷（３）：４５９－４６８．［７］曾凯，许新国，韦鹏，等．聚合磷硫酸铁与聚合硫酸铁的动力学及水解状态［Ｊ］．湿法冶金，２００７，２６（２）：９６图３ｐＨ对ＡＰＰＦＳ絮凝性能的影响－９８．Ｆｉｇ．３ＥｆｆｅｃｔｏｆｐＨｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＡＰＰＦＳ［８］卫艳新，侯曼玲．聚磷硫酸铁絮凝剂的制备及其应用由图３可知，絮凝剂ＡＰＰＦＳ和ＰＡＣ对浊度的去［Ｊ］．精细化工中间体，２００６，３６（３）：３１－３３．除效果均随ｐＨ的升高先增至最大值然后再下降，ｐＨ值为８左右时，二者的絮凝效果最佳。但不管是电话：１３８０９３１２６３０在酸性、中性还是碱性水中，ＡＰＰＦＳ对浊度的去除效Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｘｙ３１４５２０＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ３－果均优于ＰＡＣ，且絮体大而密实，这主要是引入ＰＯ４收稿日期：２００９－１０－１３·６８·\n絮凝剂APPFS的制备、表征及在黄河水处理中的应用作者：韩晓燕，王萍，龚玉蓉，邓佩佩，张鹏会，HANXiao-yan，WANGPing，GONGYu-rong，DENGPei-pei，ZHANGPeng-hui作者单位：兰州交通大学化学与生物工程学院,甘肃,兰州,730070刊名：中国给水排水英文刊名：CHINAWATER&WASTEWATER年，卷(期)：2010,26(5)参考文献(8条)1.田宝珍;汤鸿霄含磷酸盐的三氯化铁的水解溶液的化学特征1995(04)2.易皓;许振成;金中超细粉体凹凸棒石助凝处理污染河水的研究[期刊论文]-中国给水排水2009(15)3.谢刚;韩志勇;赵霞Fenton/活化凹凸棒石工艺去除微污染水中的苯酚[期刊论文]-中国给水排水2008(19)4.夏德强;王萍;付君善新型环保絮凝剂APAC的制备及性能表征[期刊论文]-中国给水排水2008(15)5.徐晓军化学絮凝剂作用原理20056.ZouboulisAI;MoussasPA;VasilakouFPolyferricsulphate:Preparation,characterizationandapplicationincoagulationexperiments[外文期刊]2008(03)7.曾凯;许新国;韦鹏聚合磷硫酸铁与聚合硫酸铁的动力学及水解状态[期刊论文]-湿法冶金2007(02)8.卫艳新;侯曼玲聚磷硫酸铁絮凝剂的制备及其应用[期刊论文]-精细化工中间体2006(03)本文读者也读过(4条)1.舒陈华含硼聚硅铝铁絮凝剂预处理皂素废水[期刊论文]-水处理技术2009,35(12)2.佟志芳.邹燕飞.李英杰.TONGZhi-fang.ZOUYan-fei.LIYing-jie新型聚硅酸硫氯化铝铁絮凝剂的制备及应用[期刊论文]-水处理技术2009,35(2)3.张景香.陆金仁.单宝田.贝利平聚硅酸铁镁絮凝剂制备及其脱色作用的研究[期刊论文]-工业水处理2009,29(8)4.张振花.何玉凤.张侠.晏得珍.刘世磊.张玲.王荣民.ZhangZhenhua.HeYufeng.ZhangXia.YanDezhen.LiuShilei.ZhangLing.WangRongmin聚铁和聚铝类絮凝剂的改性及在废水处理中的应用研究进展[期刊论文]-水处理技术2010,36(9)引用本文格式：韩晓燕.王萍.龚玉蓉.邓佩佩.张鹏会.HANXiao-yan.WANGPing.GONGYu-rong.DENGPei-pei.ZHANGPeng-hui絮凝剂APPFS的制备、表征及在黄河水处理中的应用[期刊论文]-中国给水排水2010(5)