聚合鋯鹽絮凝劑的制備及絮凝性能研究

＊任宏偉 白小虎 袁鐵寒 胡佳慧 譚江妹

（西北民族大學化工學院 甘肅 730300）

聚合鋯鹽絮凝劑的制備及絮凝性能研究

＊任宏偉 白小虎 袁鐵寒 胡佳慧 譚江妹

（西北民族大學化工學院 甘肅 730300）

本研究將氧氯化鋯預制水解，制備不同鹽基度的聚合絮凝劑，利用絮凝法考察了聚合鋯鹽絮凝劑制備過程中鹽基度對其除濁效果的影響。結果表明，聚合鋯鹽絮凝劑除濁的最佳鹽基度為0.9，在鋯投加量為28mg/L時，對高嶺土去除率達到99.2%，并且提高鹽基度可以降低絮凝劑對pH值的影響，因此可以作為一種新型的凈水藥劑，有良好的應用前景。

聚合鋯鹽絮凝劑；鹽基度；除濁

近年來，水環境中出現的矛盾越來越突出，隨著人們環境意識的增強及我國可持續性發展戰略的實施,防止污染、保護環境的工作已引起各級政府的高度重視。廢水是環境最大的污染源,如何治理不同行業的廢水,使其達到排放標準是目前迫切需要解決的問題。廢水處理的方法很多,有生化法、吸附法、化學氧化法、離子交換法、電滲析法、絮凝沉淀法等,其中絮凝沉淀法作為廢水處理的一種重要方法，是一種應用最廣泛、經濟、簡便的水處理技術。通過絮凝作用，可使污水中懸浮微粒形成礬花，并在沉降過程中互相碰撞，使絮狀物顆粒變大逐漸沉淀于底部，最后經水處理構筑物將其分離除去，達到凈化水的目的。水處理絮凝劑的發展經歷了從最初的傳統絮凝劑（如硫酸鋁、氯化鐵等）到主要成分為糖蛋白、多糖、蛋白質和DNA[6～9]的微生物絮凝劑。其中無機高分子絮凝劑通過改變鹽基度，使絮凝劑提前水解，增加聚合度，提高絮凝效果。目前，傳統鋁鹽、鐵鹽絮凝劑是在水處理過程中應用最廣泛的高分子絮凝劑，但仍有殘留高、出水有顏色等不足之處。因此，對研發新型凈水絮凝劑的探索刻不容緩。本研究采用傳統高分子絮凝劑制備過程，在國內首次提出制備一種新型聚合鋯鹽絮凝劑，為拓寬水處理藥劑與材料提供一定參考。

1.材料與方法

(1)實驗儀器

JJ-4A六聯同步自動升降攪拌機；JJ-5測速電動攪拌器電子恒溫不銹鋼水浴鍋；722E型可見分光光度計；石英比色皿；DELTA 320 pH計；AL104電子天平。

(2)主要藥品

氧氯化鋯、氫氧化鈉等藥劑均為分析純，高嶺土為化學純。

(3)實驗方法

聚合鋯鹽絮凝劑的配置：配置0．01mol/L的氧氯化鋯和氫氧化鈉溶液，在80℃水浴加熱條件下，將氫氧化鈉緩慢滴加到一定體積鋯鹽溶液中，持續攪拌反應10min，冷卻至室溫后，一定鹽基度的聚合鋯鹽絮凝劑制備成功。

高嶺土水樣的配置：稱量2g高嶺土置于燒杯中，攪拌溶解后，轉移至1000ml容量瓶，用自來水稀釋到標線，此溶液為標準儲備液，每毫升含高嶺土2mg，使用前必須搖勻。取上述溶液50ml，轉移至2000ml容量瓶，用自來水稀釋到標線，配置成50mg/L的高嶺土水樣待用。

在JJ-4A六聯同步自動升降攪拌機上進行試樣攪拌，將含砷水樣轉移至一系列500mL的玻璃燒杯中，加入一定量的不同鹽基度聚合鋯鹽絮凝劑，先以200r/min攪拌1min，再以60r/min攪拌15min。攪拌結束后，取下燒杯，靜置30min。在液面下方1～2cm處取溶液，550nm波長下測量吸光度，計算去除率。本研究中投加量以鋯元素質量濃度計。

2.結果與討論

(1)絮凝劑的制備與高嶺土標準曲線

圖1 不同鹽基度絮凝劑

上圖為已經制備好的不同鹽基度聚合鋯鹽絮凝劑，可見隨著鹽基度的增大，絮凝劑溶液逐漸產生微白絮狀沉淀，鹽基度為0．9絮凝劑溶液澄清、品質均勻可保存30天不變質。

圖2 高嶺土濃度標準曲線圖

如圖2所示，高嶺土濃度在0～100mg/L范圍內，曲線隨著高嶺土濃度的增加而遞增，吸光度值與高嶺土濃度呈線性關系（R2=0．999），不同高嶺土濃度可以在550nm波長下通過測量吸光度來反映。

(2)不同鹽基度聚合鋯鹽絮凝劑除濁性能

圖3 不同鹽基度聚合鋯鹽絮凝劑除濁效果圖

向50mg/L高嶺土水樣中投加一定量的鹽基度為0、0．3、0．6、0．9、1．2、1．5的聚合鋯鹽絮凝劑，攪拌反應后，結果如上圖所示，總的來說，去除率隨著鋯投加量的增大而升高，達到最大值后，去除率開始下降，下降原因可能是隨著投加量的增加，溶液出現反渾。具體來看，鹽基度為0．3的絮凝劑去除效果不佳，鹽基度為1．5的絮凝劑在較大投加量（21～35mg/L）下，去除效果較好，鹽基度0．9的絮凝劑除濁效果好于其他鹽基度，在鋯投加量為28mg/L時，去除率達到99．2%。由此可見，聚合鋯鹽絮凝劑除濁性能較好，可以作為一種新型的凈水藥劑。

圖4 絮凝反應后水樣pH圖

上圖為絮凝反應后水樣pH比較圖，整體來看，鋯投加量增大過程中，pH值逐漸降低，絮凝劑呈酸性，當鹽基度增加時，投加絮凝劑后，水樣pH變化越小，可見提高鹽基度可以降低絮凝劑對pH值的影響。

3.結論

本研究探討一種新型金屬鹽絮凝劑，只為拓寬絮凝劑領域做一些基礎性的嘗試。新型鋯鹽絮凝劑制備簡單，對高嶺土去除最佳鹽基度為0．9，在此條件下，鋯投加量為28mg/L時，鋯鹽絮凝劑對50mg/L高嶺土水樣的去除效率達到99．2%，凈水效果好，有較好的應用前景。

[1]Zhou Q-X(周啟星)．2002．New cognition and solution of water resource crisisin Liaoning Province based on the 2ndWorld Water Forum．Chin J Ecol(生態學雜志),21(2):36～ 39(in Chinese)．

[2]Zhou Q-X(周啟星),Shi J-H(史建華)．1997．Effects of small town construction on the utilization and cycles of water resources and relevant ecological countermeasures．In:Yan L-J(嚴立蛟),eds．Research on and Probe into Ecology．Beijing:China Environmental Science Press．295～299(in Chinese)．

[3]Zhou Q-X(周啟星),Wang R-S(王如松)．1997．Ecological risk and background warning valuesof water pollution from rural urbanization．Chin J Appl Ecol(應用生態學報),8(3):309～ 313(in Chinese)．

[4]RadoiuMT,MartinDI,CalinescuI,etal．Preparationofpolyelectrolyt esforwastewatertreatmen [J]．JournalofHazardousMaterials,2004(106B):27-37．

[5]林桂熾,黃玲珍．廢水處理過程中絮凝劑的應用[J]．廣西大學學報:自然科學版,2004,29(1):153－156．

[6]Kim YH．1995．Coagulants and Flocculant:Theory& Practice．New York:Tall Oaks Pubblishing Inc．

[7]Kurane R．1991．Microbial flocculation of waste liquids and oil emulsion by a bioflocculant from alcaligenes latus． Agric BiolChem,55(4): 1127～1129．

[8]Kurane R．1986． Reduction of ferric chelate caused by various wood-rot fungi．Agric Biol Chem,50(9):2301～ 2307．

[9]Lee SH,Shin WS,Shin MC,et al．2001．Improvement of water treatment performance by using polyamine flocculants． EnvironTechnol, 22(6):653～659．

[10]馬青山．賈瑟．孫麗瑯．絮凝化學和絮凝劑．北京:中國環境科學出版社,1988:1～19．

[11]劉立華．鄭雅杰．龔竹青．聚合鐵鹽絮凝劑的研究進展與發展趨勢．現代化工,2002．

[12]來兆沖．湯鴻霄．聚合鋁的凝聚絮凝特征及作用機理．環境科學學報,1992．

[13]NI Fan．2012．Preparation and characterization of composite bioflocculants in comparison with dual-coagulants for the treatment of kaolin suspension． Chemical Engineering Journal．

Preparation and flocculation performance of polymerized zirconium flocculants

Ren Hongwei, Bai Xiaohu, Yuan Tiehan, Hu Jiahui, Tan Jiangmei
(Institute of Chemical Technology,Northwest University for Nationalities, Gansu, 730300)

In this study, a novel polymerized zirconium flocculants was prepared by using prehydrolyzed zirconium oxychloride. The flocculation process was used to study the effect of basicity on the removal of turbidity by the flocculants. The results showed that the optimum basicity of the polymerized zirconium flocculants was 0.9. The removal rate of kaolin reached 99.2% at the zirconium dosage of 28mg/L. The flocculants has little effect on the pH value of water samples as basicity values increased. Polymerized zirconium floucculants could be used as a prospect agent for waste water treatment.

Polymerized zirconium flocculant；Basicity；Removal of turbidity

T

A

(責任編輯李鵬波）

西北民族大學國家級大學生創新創業訓練計劃資助項目（項目編號：201610742059）。

任宏偉（1994～），男，西北民族大學化工學院，研究方向：聚合絮凝劑理論與技術。