聚硅酸铝盐系列絮凝剂的制备

硅酸钠、硫酸铝为原料制备了聚硅酸硫酸铝絮凝剂，在此基础上制备了不同Zn/Si摩尔比的聚硅酸硫酸铝锌絮凝剂及不同Mg/Si摩尔比的聚硅酸硫酸铝镁絮凝剂。结果表明：Zn/Si摩尔比和Mg/Si摩尔比是影响絮凝效果的最主要的因素。
混凝沉淀是目前应用最广泛的水处理方法之一。絮凝剂的种类主要有无机与有机两大类。无机絮凝剂主要是铝、铁盐类及其水解聚合产物。有机类絮凝剂多是高分子化合物，但其可能存在的毒性，加之价格昂贵，在水处理上应用受到限制。聚硅酸盐是一类新型无机高分子絮凝剂，絮凝效果好，且易于制备，价格便宜，在水处理领域中成为一个新的热点。
本次实验通过向聚硅酸中引入硫酸铝，在合成聚硅酸硫酸铝的基础上制备了含有两种金属离子的聚硅酸盐絮凝剂，并研究它们的最佳配比以及最佳的絮凝沉降条件。
1 实验方法
1.1 聚硅酸硫酸铝的制备
称取一定量的Na2SiO3.9H2O，溶于蒸馏水，配成SiO2%含量分别为2%、2.5%、3%的硅酸钠溶液50g，各加入50ml2.3%H2SO4溶液迅速混合，用20%H2SO4调pH值至6.0，待溶液呈现淡蓝色时，加入不同Al含量的Al2(SO4)3溶液，用20%的H2SO4调pH至2.0，搅拌2min，陈化1～2小时。
1.2 聚硅酸硫酸铝锌的制备
称取5.9gNa2SiO3.9H2O，溶于蒸馏水中，配成SiO2%含量为2.5%的硅酸钠溶液50g，加入50ml2.3%H2SO4溶液迅速混合，立即用20%H2SO4调pH值至6.0，待溶液呈现淡蓝色时，加入已充分混合的Al2(SO4)3和ZnSO4溶液，用20%H2SO4调pH至2.0，搅拌2min，放置陈化1～2小时。
1.3 聚硅酸硫酸铝镁的制备
称取5.9gNa2SiO3.9H2O，溶于蒸馏水中，配成SiO2%含量为2.5%的硅酸钠溶液50g，加入50ml2.3%H2SO4溶液迅速混合，立即用20%H2SO4调pH值至6.0，待溶液呈现淡蓝色时，加入已充分混合的Al2(SO4)3和MgSO4溶液，用20%H2SO4调pH至2.0，搅拌2min，放置陈化1～2小时。
2.实验结果与讨论
2.1 聚硅酸硫酸铝(PSAS)絮凝剂的性能研究
(1)SiO2%含量在2%～3%内，Al/Si在0.5～1.5内，PSAS均可达到很好的除浊效果。浊度去除率一般可达99%以上。
(2)PSAS具有投药量少，絮凝效果好的优点。投药量在200mg/L以内即可达到令人满意的絮凝效果。
(3)实验表明，SiO2%含量为2.5%，Al/Si比为1.2的PSAS絮凝效果好且投药量较少。
(4)PSAS在混凝沉降处理中形成的絮体紧密，沉降速度较快。
(5)PSAS的稳定性较好，保存30天仍未出现胶凝，且pH值很稳定。
2.2 聚硅酸硫酸铝锌(PSAZS)絮凝剂的性能研究
(1)不同Zn/Si比的PSAZS絮凝剂均可达到很好的除浊效果，浊度去除率一般在99%以上。
(2)PSAZS絮凝剂具有投药量少，絮凝效果好的优点。投药量在0.5%内即可达到最佳的除浊效果。
(3)实验表明，Zn/Si比为1.8的PSAZS絮凝剂具有最佳的COD去除效果。
(4)PSAZS絮凝剂处理废水的pH值在7～11，其pH值范围很广。
(5)PSAZS絮凝剂在混凝处理中形成的絮体细而密，沉降速度非常快。
(6)PSAZS絮凝剂稳定性很好，可在常温下保存60天以上，且絮凝效果仍较好。
2.3 聚硅酸硫酸铝镁(PSAMS)絮凝剂的性能研究
(1)PSAMS絮凝剂均有很好的除浊效果，浊度去除率一般在97%以上。
(2)PSAMS具有投药量少，絮凝效果较好的优点。投药量在0.5%之内，即可达到除浊97%的效果。
(3)实验表明，Mg/Si比为3.0的PSAMS絮凝剂具有较好的COD去除率。
(4)PSAMS絮凝剂处理废水的最佳pH值范围为7～9，工程上可操作性强。
(5)PSAMS絮凝剂稳定性较好，可在常温下保存60天以上，使用寿命较之PSAS絮凝剂有很大的延长。
3 结论
(1)PSAS絮凝剂的SiO2%含量在2～3%，Al/Si比在0.5～1.5均可达到很好的除浊效果。
(2)在PSAS絮凝剂基础上引入Zn2+的PSAZS絮凝剂的除浊效果很好，Zn2+的含量对除浊效果无明显影响。Zn2+的引入对PSAS的除浊能力有所增强。Zn/Si比为1.8左右，PSAZS絮凝剂去除COD效果最佳。PSAZS絮凝剂在pH=7～11均可获得较好的除浊和除COD的效果。
(3)在PSAS絮凝剂基础上引入Mg2+的PSAMS絮凝剂的除浊效果较好。Mg2+的含量对PSAMS的除浊效果亦无明显影响。但Mg2+引入，使得PSMS絮凝剂除浊效果比PSAS絮凝剂、PSAZS絮凝剂稍差。Mg/Si比为3.0左右PSAMS絮凝剂去除COD的能力最强。PSAMS在pH=7～9范围内，都可达到较好的除浊和去除COD效果。