聚硅酸铁镁絮凝剂制备及其脱色作用的研究

实验中先固定硅酸聚合条件、SiO2 浓度、n（Fe）∶ n（Mg）等因素不变，改变 n（Si）∶n（M），制得系列絮凝 剂，试验其对染料废水的脱色性能，结果如图 4 所示。
100
96
脱 色 率/%
92
88
SiO2 0.4 mol/L
SiO2 0.2 mol/L
84
01
2
3
45
6
n（Si）∶n（Fe）
性也成为衡量此类絮凝 剂 的 一 项 指 标 ， 而 SiO2 含 量 、n（Si）∶n（M）、n（OH）∶n（M）等 都 是 影 响 絮 凝 剂 稳
定性的重要因素。
2.1.1 n（Si）∶n（M）对絮凝剂稳定性能的影响
对于此类絮凝剂引入金属盐的一个重要原因就
是抑制硅酸分子的自聚，提高其稳定性，故金属盐
n（OH）∶n（M）对絮凝剂稳定性的影响如图 3 所示。
60
50
稳 定 期/d
40
30
20
10
0
0.1
0.2
0.3
0.4
n（OH）∶n（M）
图 3 n（OH）∶n（M）对絮凝剂稳定性的影响
由图 3 可知，随着 n（OH）∶n（M）的增加，絮凝剂 的稳定性降低， 故在制备时为了提高絮凝剂的稳定 性，应保持 n（OH）∶n（M）≤0.2。 2.2 合成条件对絮凝剂絮凝性能的影响 2.2.1 n（Si）∶n（M）对絮凝剂絮凝性能的影响
在 100 mL 质量浓度为 50 mg/L 的染料液中投 加 一 定 量 的 PFMS， 控 制 pH， 先 快 速 搅 拌 （200 r/min）1 min，再慢搅（70 r/min）8 min，静 置 20 min， 取上清液，以 721S 型分光光度计，在染料的最大吸 收波长下，以蒸馏水做参比测吸光度，以此计算脱 色 率 〔5〕。
Zhang Jingxiang， Lu Jinren， Shan Baotian， Bei Liping （College of Chemistry and Chemical Engineering， Ocean University of China， Qingdao 266100，China）
Abstract： Polysilicate ferric magnesium flocculant（PMFS） has been prepared by introducing magnesium compound and ferric to poly-silicic acid simultaneously. It is applied to the study on the decolorization efficiency of dyeing wastewater treatment. Its flocculation capacity and stability are influenced by the concentration of SiO2，n（Si）∶ n（M），n（Fe）∶n（Mg），n（OH）∶n（M），etc. The results show that when the concentration of SiO2 is 0.2 mol/L，n（Si）∶ n（M）=1，n（Fe）∶n（Mg）=0.5，n（OH）∶n（M）=0， its decoloration capacity is obviously better than that of traditional flocculants， such as PAC，PFS，etc. Key words： flocculant； polysilicate ferric magnesium； decoloration
镁盐在废水处理中的应用已有不少报道 ， 〔6-8〕 其 具备的优势显而易见。 实验考察了 n（Fe）∶n（Mg）对 絮凝剂性能的影响。 研究结果表明，n（Fe）∶n（Mg）在 0.25～2 时，脱色率随 n（Fe）∶n（Mg）的 增 加 先 升 高 后 降 低 ，而 当 n（Fe）∶n（Mg）>2 时 脱 色 率 又 逐 渐 增 加 ， n（Fe）∶n（Mg）=10 后脱色率达到稳定值。 本研究中， 为了克服铁盐絮凝剂造色的缺点，选择 n（Fe）∶n（Mg）= 0.50 进行后续研究。 2.2.4 n（OH）∶n（M）对絮凝剂絮凝性能的影响
［关键词］ 絮凝剂；聚硅酸铁镁；脱色性能 ［中图分类号］ TQ314.253 ［文献标识码］ B ［文章编号］ 1005-829X（2009）08-0056-04
Studies on the preparation and decolorization of polysilicate ferric magnesium flocculant
不同 n（OH）∶n（M）的絮凝剂的絮凝性能如图 5 所示。
99
脱 色 率/%
98
97
10 d
1d 96
95
94
93
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
n（OH）∶n（M）
图 5 不同 n（OH）∶n（M）絮凝剂的絮凝性能
由 图 5 可 知 ，10 d 后 n （OH） ∶n （M） 为 0.3 和 0.4 的 已 经 胶 凝 ，无 论 是 熟 化 1 d 还 是 10 d， 絮 凝 剂的絮凝性能表现出相似的变化规律， 即在一定 范 围 内 絮 凝 剂 的 絮 凝 性 能 随 n（OH）∶n（M）的 增 加 而 提 高 ，但 当 n（OH）∶n（M）超 过 一 定 值 后 ，絮 凝 剂 絮凝性能开始下降。
稳 定 期/d
20
0
图1
1
2
3
4
5
n（Si）∶n（M）
n（Si）∶n（M）对稳定性能的影响
从 图 1 可 知 ，n （Si）∶n （M） 在 0.5 ～2.0 范 围 内 ，
PFMS 稳定性较好， 并且对于不同 SiO2 浓度的系列 絮凝剂，n（Si）∶n（M）对 PFMS 稳定性影响规律 较 为
一致，SiO2 浓度为0.2 mol/L、n（Si）∶n（M）=1 的絮凝剂 能够稳定约 90 d，结果比较理想。 2.1.2 硅含量对絮凝剂稳定性的影响
聚硅酸金属盐作为一种复合型无机高分子絮凝 剂，同时具有电中和作用及吸附架桥作用，平均相对 分子质量高达 200 000 ， 目前许多研究结果表明其 处理效果优于单一絮凝剂 。 〔1-3〕 镁盐具有很好的辅助 脱色效果， 在铁盐及铝盐絮凝剂中加入适量的镁盐 成分可增强絮凝剂的混凝脱色的广谱性使混凝效果 更好〔4〕。 故笔者在聚硅酸中同时引入镁盐和三价铁 盐 ， 制 备 出 聚 硅 酸 铁 镁 絮 凝 剂 （PFMS）， 并 研 究 了 其 对染料废水的脱色性能， 结果表明 PFMS 是一种效 果很好的絮凝剂。 1 实验部分 1.1 仪器与试剂
酸 钠 ，GR；硫 酸 ，AR；聚 合 氯 化 铝 （PAC），市 售 ；聚 合 硫酸铁（PFS），自制；分散深蓝 S-3BG；弱酸性红 3R。 1.2 絮凝剂的制备方法
在搅拌状态下将硅酸钠溶液缓慢加入到一定浓 度 的 稀 硫 酸 中 ， 用 NaOH 和 稀 硫 酸 调 节 到 适 宜 的 pH，聚合一段时间后加入铁盐和镁盐 ，搅 拌 混 合 一 段时间，静置熟化即得聚硅酸铁镁絮凝剂 PMFS。 1.3 脱色率测试方法
PFMS 的稳定性也与 SiO2 浓度密切相关。 由图 1 可知，随着 SiO2 浓度的增大，其稳定性降低，主要是 由于 SiO2 浓度的增大， 增加了硅酸分子之间发生自 聚的几率，使得稳定性降低，故从稳定性考虑 SiO2 浓 度不宜过高。
2.1.3 n（Fe）∶n（Mg）对絮凝剂稳定性的影响
n（Fe）∶n（Mg）对絮凝剂稳定性的影响如图 2 所示。
的含量对絮凝剂的稳定性有直接的影响。 试验时保
持硅 酸 聚 合 条 件 、SiO2 浓 度 、n（Fe）∶n（Mg）一 定 ，改 变 n（Si）∶n（M），合成系列絮凝剂，试验其稳定性，结
果如图 1。
100
80
SiO2 0.2 mol/L
SiO2 0.3 mol/L
60
SiO2 0.4 mol/L
40
染料在可见光区的最大吸收波长：分散深蓝 S-3BG
为 533.5 nm，弱酸性红 3R 为 503.5 nm。
2 结果与讨论
2.1 合成条件对絮凝剂稳定性的影响
对于硅酸盐类复合絮凝剂，虽然金属离子的引
入会抑制硅酸分子之间发生自聚，但是并不能阻止
自聚。 该类絮凝剂在放置过程中，仍然会或快或慢
地发生自聚合、凝胶以至失去絮凝性能，所以其稳定
图 4 n（Si）∶n（M）对絮凝剂絮凝性能的影响
由图 4 可知，n（Si）∶n（M）在 0.5～1.5 范围内都保
持较高的脱色效果。
2.2.2 硅含量对絮凝剂絮凝性能的影响
对于聚硅酸盐类絮凝剂，SiO2 含量是影响其絮 凝性能的重要因素。 SiO2 含量对其絮凝性能的影响
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试验研究
工业水处理 2009 － 08，29（8）
第 29 卷第 8 期 2009 年 8 月
工业水处理 Industrial Water Treatment
Vol．29 No．8 Aug．，2009
聚硅酸铁镁絮凝剂制备及其脱色作用的研究
张景香，陆金仁，单宝田，贝利平
（中国海洋大学化学化工学院，山东青岛 266100）
［摘要］ 在聚硅酸中同时引入镁盐和三价铁盐，制备出聚硅酸铁镁絮凝剂（PMFS）。 将其用于对染料废水的脱色 研 究 。 结 果 表 明 ，其 絮 凝 性 能 及 稳 定 性 受 硅 含 量 、n（Si）∶n（M）、n（Fe）∶n（Mg）以 及 碱 用 量 等 因 素 的 影 响 ，SiO2 浓 度 为 0.2 mol/L、n（Si）∶n（M）=1、n（Fe）∶n（Mg）=0.5、n（OH）∶n（M）=0 时，其脱色效果明显优于聚合氯化铝 （PAC）、聚 合 硫 酸 铁 （PFS）等 传 统 絮 凝 剂 。