聚合氯化铁_PFC_与有机高分子聚合物_JY_01_复合絮凝剂中铁的形态分布

收稿日期:2005205211

作者简介:周维芝(19702),女,博士,高级工程师,主要从事环境污染与控制研究.3通讯作者

　文章编号:167129352(2005)0520102205

聚合氯化铁(PFC )与有机高分子聚合物(J Y 201)

复合絮凝剂中铁的形态分布

周维芝,王　燕,高宝玉3

(山东大学　环境科学与工程学院,山东　济南　250100)

摘要:以具有不同碱化度(B )的聚合氯化铁(PFC )絮凝剂和具有不同黏度(η)的有机高分子聚合物(J Y 201)絮凝剂

为原料制备出了系列PFC 2J Y 复合絮凝剂,采用Fe 2Ferron 逐时络合比色法比较了PFC 2J Y 复合絮凝剂与PFC 絮凝剂中铁盐的形态分布情况,探讨了J Y 201的质量分数w (J Y 201)、η及制备方式对复合絮凝剂中铁盐的形态分布的影响.实验结果表明,J Y 201与PFC 相互之间发生了一定的相互作用,表现为PFC 2J Y 复合絮凝剂中铁的各种形态的质量分数与PFC 中铁的各种形态的质量分数不同,且随w (J Y 201)、η和制备方式的变化而发生变化,这种变化势必影响其絮凝效果.仅从具有良好净水效果的Fe b 组分的质量分数高低来判断,w (J Y 201)=7.0%的复合絮凝剂应具有良好的絮凝效果.处理黄河水的絮凝效果初步证明了该推断的正确性.

关键词:高分子聚合物(J Y 201)复合絮凝剂(PFC 2J Y );Fe 2Ferron 逐时络合比色法;铁形态分布;絮凝效果中图分类号:X 506 文献标识码:A

The ferric species distribution of com posite flocculant poly ferric

chloride (PFC )2organic flocculant (J Y 201)

ZH OU Wei 2zhi ,W ANG Y an &G AO Bao 2yu 3

(School of Environmental Science and Engineering ,Shandong Univ.,Jinan 250100,Shandong ,China )

Abstract :A series of composite flocculants poly ferric chloride (PFC )2organic flocculant (J Y 201)were prepared by using PFC with different basicity (B )and J Y 201with different viscosity (η)as raw materials.The ferric species distribution of PFC 2J Y and that of PFC were compared and analyzed through Fe 2Ferron complexation timed spectrophotometric method.The effect of the con 2tent of w (J Y 201),ηand the synthetic method on the ferric species distribution of the composite flocculant were als o investigated.The experimental results show that the ferric species distribution of PFC 2J Y is different from that of PFC ,due to the interaction of J Y 201and PFC.The difference is related closely to w (J Y 201),ηand the synthetic method.The interaction of J Y 201and PFC will in fluence the coagulation 2flocculation of composite flocculant.And the composite flocculant of w (J Y 201)=7.0%has higher content of Fe b ,which is of better coagulation 2flocculation efficiency.The coagulation of the composite flocculant for the water from Y ellow River preliminary dem onstrates that the in ference above is correct.

K ey w ords :composite flocculant (PFC 2J Y );Fe 2Ferron complexation timed spectrophotometric method ;ferric species distribu 2

tion ;the efficiency of coagulation 2flocculation

　第40卷　第5期　V ol.40　N o.5 山　东　大　学　学　报　(理　学　版)

JOURNA L OF SH ANDONG UNI VERSITY

2005年10月　Oct.2005　

0　引言

目前普遍使用的铝盐絮凝剂存在残余铝毒性、低温除浊能力低等问题[1].而聚合铁盐絮凝剂以其产生的矾花大、絮体密实、沉降快、适用pH值范围广、耗量少、效果好、无毒、价格便宜等优点,成为近年来水处理剂研究的热点[2].为提高单一聚合铁盐聚合度、稳定性及净水效果等,对聚合铁盐进行复合改性成为新近研究的热点.在铁盐体系中引入阳离子或阴离子有机高分子聚合物,对聚合铁盐絮凝剂进行复合改性,是当今改性聚合铁盐的重要方法[3].聚合铁盐絮凝剂的絮凝效果与铁的形态密切相关,故研究有机高分子聚合物对铁形态分布的影响情况是十分重要,这对研制开发高效能的复合聚合铁絮凝剂具有非常重要的指导意义.

本文首先以聚合氯化铁(PFC)、有机高分子聚合物(J Y201)为原材料,利用复合与共聚两种工艺制备出聚合铁复合絮凝剂(以PFC2J Y表示),然后采用Fe2Ferron逐时络合比色法研究了复合絮凝剂中铁的形态分布,为进一步探讨其凝聚-絮凝作用机理,提高其凝聚-絮凝效能奠定理论基础.

1　仪器、材料与方法

1.1　主要仪器与材料

UV2754分光光度计(上海分析仪器总厂),T L2 I A型C OD速测仪,J Y201有机高分子产品(山东大学与滨州化工厂联合研制),FeCl3・6H2O(A.R.),无水Na2C O3(A.R.).

1.2　PFC2JY的制备方法

以FeCl3・6H2O,无水Na2C O3及J Y201为原料,利用复合与共聚两种工艺,在一定条件下制备出不同碱化度(以B表示),不同J Y201质量分数(以w(J Y2 01)表示),不同黏度值(以η表示)的PFC2J Y产品,产品浓度以Fe3+计.

1.3　Fe2Ferron逐时络合比色法

见参考文献[4].

1.4　絮凝试验

于快速搅拌下(120r/min)向500m L水样中加入一定量的混凝剂搅拌3min,后转入慢速(40r/ min)搅拌10min,静止沉降10min后,取一定高度上清液测定有关水质指标.2　结果与讨论

2.1　Fe2Ferron逐时络合比色法研究分析PFC2JY

中铁的形态分布

根据不同铁的水解形态与Ferron试剂配合的不同速率,可将铁的形态区分为3部分,即Fe a,Fe b和Fe c.Fe a是指瞬间与Ferron试剂反应的铁水解产物,包括自由铁离子及铁的单核羟基配合物;Fe b为反应进行3h后,吸光度曲线接近饱和的水平线时,这一阶段与Ferron试剂反应的铁的形态,包括一系列铁的多核羟基配合物或称低聚合度铁的无机高分子,而据文献[5]报道,具有最优絮凝性能的是那些即将完全水解生成Fe(OH)3前的临界产物即Fe b; Fe c代表铁的高聚物形态.3种形态的物质的量之间的关系式为:

n(Fe c)=n(Fe T)-n(Fe a)-n(Fe b).(1)式中,n(Fe a),n(Fe b),n(Fe c),n(Fe T)分别为PFC样品中Fe a,Fe b和Fe c形态的物质的量和各种形态铁的物质的量的总和(单位为m ol).

2.1.1　J Y201的存在对Fe2Ferron逐时络合比色法

的影响

由于Fe2Ferron逐时络合比色法是研究纯的铁盐溶液中的铁形态分布的方法,所以,对于PFC2J Y2 01复合絮凝剂溶液,应首先探讨有机物的存在是否影响该测定方法.进行实验时,先将5m L的Ferron 溶液加入50m L容量瓶中,再定量加入不同量的J Y2 01溶液,以去离子水作空白测定吸光度.当J Y201的质量浓度分别为0,2.0,4.0,10.0mg/L时,其吸光度分别为0.005,0.005,0.004,0.005,这表明,J Y201并不与Ferron试剂发生反应.

2.1.2　J Y201质量分数对铁形态分布的影响

以η=0.95d L/g的J Y201与不同B值的PFC 按不同w(J Y201)制备的一系列PFC2J Y复合絮凝剂为代表进行实验,实验结果如图1所示.对于Fe a质量分数而言,随w(J Y201)的增大,Fe a质量分数逐渐减少,当w(J Y201)=14.0%时,Fe a质量分数最小;对于Fe b质量分数而言,随w(J Y201)的增大,Fe b质量分数先增大后减少,当w(J Y201)=7.0%时,Fe b 质量分数最大;而Fe c质量分数则随w(J Y201)的增加先减少后增加,当w(J Y201)=7.0%时,Fe c质量分数最小.这种情况说明,当体系中加入有机J Y201

　第5期周维芝,等:聚合氯化铁(PFC)与有机高分子聚合物(J Y201)复合絮凝剂中铁的形态分布103