聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂(PTSC)及其制备方法与应用，它是在氯离子存在条件下制备得到，本发明专利技术以四氯化钛、硅酸钠为原料，采用将氢氧化钠引入到四氯化钛溶液中的方法制备聚合四氯化钛溶液，再将聚合四氯化钛溶液与聚合硅酸混合而成。本发明专利技术采用四氯化钛作为原料，在制备过程中引入氯离子，避免过多的硫酸根离子，避免了产品水解，在较高钛离子浓度下提高了产品的稳定性，相同投加量下对浊度及有机物的去除率均较高，且药品稳定性明显增强、对胶体物质的吸附架桥能力强、絮凝效果好、适用范围广、出水pH接近中性方便后续处理等优点。

【技术实现步骤摘要】
聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂及其制备方法与应用
本专利技术涉及聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂(PTSC)及其制备方法与应用，属于环境与化学

技术介绍
混凝-絮凝沉淀法因其操作简单，经济高效，成为目前水和废水处理中常用的处理工艺。混凝剂(絮凝剂)又是决定混凝效果的重要因素。目前常用的混凝剂主要有无机混凝剂，有机混凝剂，无机—有机高分子复合/复配混凝剂等等。纵观混凝剂的发展方向，基本上是由低分子向高分子，由单一型向复合型发展。目前，新研制的高效混凝剂多是由低分子无机-有机物进行共聚而生成的一种新的高分子高聚物。这种混凝剂既具有电中和及双电层压缩作用，又具有长链大分子强烈的吸附架桥作用。现阶段研究较多的是聚硅酸盐，包括聚硅硫酸铝(PASS)、聚硅硫酸铁及聚硅硫酸铝铁。这类混凝剂既能利用活化硅酸阴离子增加聚合铝铁盐的稳定性，同时可以保持各自的优良性能，强化了吸附架桥作用，易于形成高密度的絮体。应用这类混凝剂，加药量低，絮体沉降迅速，混凝效果好，在处理低温、低浊水、脱色、去除水体中的有机质方面有明显优势。近年来研究发现，钛盐被用作混凝剂可以有效去除水中的浊度及有机污染物，但又因其极易水解钛盐，具有良好的网布卷扫及吸附架桥作用，在处理低温低浊水时，相对铝盐铁盐有较好的混凝效果。除此之外，钛盐产生的絮体颗粒大，且沉降速度明显优于传统混凝剂。钛盐混凝后所得污泥经高温煅烧后可得具有广泛应用价值的二氧化钛材料，可以解决混凝过程中所产生的大量污泥堆置无法处置问题，达到水质净化和污泥回用的双重功效。且近年来的研究发现，四氯化钛相对硫酸钛而言，相同的投加量下取得的混凝效果较好。然而，钛溶液本身酸性较强，水解过程中释放出大量H+，导致混凝后出水pH明显下降，严重影响出水的进一步处理和后续利用。并且钛盐极易水解，浓度较低时，贮存时间较短。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂(PTSC)及其制备方法与应用。名词解释：碱化度：化合物中羟基与金属离子的摩尔比,一般用符号B来表示。本专利技术的技术方案如下：一种聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂，在氯离子存在条件下制得，该复合絮凝剂是由浓度为0.48％～0.72％(以SiO2计)的聚合硅酸溶液与浓度为15％-25％(wt)(以Ti计)的聚合四氯化钛溶液按照Si：Ti的摩尔比为：0.02～0.1：1的比例混合制得，所得的聚合硅酸聚合聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂外观为无色透明溶液，质量浓度为10％-20％(wt)，密度为1.10～1.54mg/L，碱化度(B)为0.3～2.0。上述聚合硅酸聚合四氯化钛无机高分子复合絮凝剂的制备方法，在氯离子存在条件下制备，包括步骤如下：(1)将质量浓度为18～37wt％的硅酸钠溶液逐滴加入到浓度为0.5～1mol的稀盐酸中，控制整个反应过程中溶液的pH＜2，调节溶液的最终pH为1.5，静置2～3h，得聚合硅酸溶液；(2)量取一定体积的四氯化钛溶液，持续搅拌条件下，加水稀释到质量浓度为80～100g/L，然后逐滴加入浓度为10～20wt％的NaOH溶液，调节碱化度(B)至0.3～2.0，滴加完毕后，持续搅拌1～2h至溶液无色透明，得聚合四氯化钛溶液；(3)取一定量步骤(1)所得的聚合硅酸溶液加入步骤(2)所得的聚合四氯化钛溶液中，加入过程中控制Si：Ti的摩尔比为0.02～0.1：1，持续搅拌2～3h，即得聚合硅酸聚合四氯化钛无机高分子复合絮凝剂。本专利技术优选的，步骤(1)中聚合硅酸溶液的浓度为0.08～0.12mol/L。本专利技术优选的，四氯化钛溶液的纯度为99.9％。本专利技术优选的，步骤(2)中聚合氯化钛溶液的浓度为80～90g/L，碱化度(B)为0.5～1.0。本专利技术优选的，步骤(2)中聚合氯化钛溶液的浓度为85～90g/L，碱化度(B)为0.5。本专利技术优选的，NaOH溶液的滴加速率优选0.25～0.35ml/min。本专利技术优选的，步骤(3)中的Si：Ti的摩尔比为0.07：1。本专利技术的原料四氯化钛、硅酸钠、氢氧化钠均为市售产品。本专利技术制备的聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂外观为无色透明溶液，质量浓度为80～100g/L，密度为1.19235g/L。本专利技术聚合硅酸聚合四氯化钛无机高分子复合絮凝剂的应用，作为一种高效水处理药剂，应用于给水、废水处理，石油开采、造纸、采矿、纺织印染、日用化工等领域。用于给水、废水处理的水处理药剂，所述聚合硅酸聚合四氯化钛无机高分子复合絮凝剂投加量一般在12～38mg/L，优选投加量24～34mg/L。在用于给水、废水处理中，聚合硅酸聚合四氯化钛无机高分子复合絮凝剂适用pH值为4～9，优选pH值为5～7。本专利技术制得的聚合硅酸聚合四氯化钛无机高分子复合絮凝剂钛离子浓度较高，相同投加量下对浊度及有机物的去除率均较高，且药品稳定性明显增强。硫酸根离子的本身具有增聚作用，但是过量的硫酸根离子也会造成一定的副作用。在氯离子和硫酸根离子比为4比1时，就会使药品的稳定性变得很差。而钛离子本身水解较为迅速，硫酸根的引入(尤其是大量的硫酸根离子，如硫酸钛中Ti4+/SO42-＝2:1)势必会造成混凝剂的稳定性严重降低。本专利技术采用四氯化钛作为原料，避免过多引入硫酸根离子，有效避免了药品的稳定性降低。本专利技术将聚合硅酸引入四氯化钛形成复合混凝剂可以提高混凝剂的分子量，增强其吸附架桥能力，同时也可在一定程度上提高出水pH，并增强钛盐的稳定性。为了克服四氯化钛本身呈现强酸性导致絮凝出水的pH较低且较易水解这一缺点，本专利技术采用滴碱法，使四氯化钛钛预水解，从而在一定程度上缓解其强烈的水解作用，并在此基础上加入负电性的聚硅酸限制其水解速度，增强其贮存时间，同时还可提高其吸附架桥能力，在提高絮凝效果的基础上也提高了出水pH值并增长的药品的贮存时间。本专利技术的聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂与现有技术相比具有如下优良效果：1、本专利技术的聚合硅酸聚合氯化钛钛无机高分子复合絮凝剂，是以四氯化钛、硅酸钠为原料，采用将氢氧化钠引入到四氯化钛溶液中的方法制备聚合四氯化钛溶液，再将聚合四氯化钛溶液与聚合硅酸混合而成。本专利技术采用四氯化钛作为原料，在制备过程中引入氯离子，避免过多的硫酸根离子，避免了产品水解，在较高钛离子浓度下提高了产品的稳定性，相同投加量下对浊度及有机物的去除率均较高，且药品稳定性明显增强、对胶体物质的吸附架桥能力强、絮凝效果好、适用范围广、出水pH接近中性方便后续处理等优点。2、本专利技术的聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂与聚合硫酸钛絮凝剂相比，加入了聚合硅酸，聚合四氯化钛与聚硅酸发生了相互作用形成Si—O—Ti键，使得复合絮凝剂对污染物有较好的架桥网捕与络合作用，絮凝效果更佳。3、本专利技术的聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂与聚合硅酸-硫酸钛絮凝剂相比，由于利用四氯化钛进行了碱化，较硫酸钛相比混凝效果较好，且由于药品浓度较硫酸钛产品浓度大，水解相对缓慢，药品贮存时间较长，在提高絮凝效果的基础上也提高了药品的贮存时间，对絮凝处理具有重要意义。具体实施方式下面结合实施例和应用例对本专利技术做进一步说明，但不限于此。实施例(1)称取13.6692gNa2SiO3·9H2O固体溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂，其特征在于，在氯离子存在条件下制得，该复合絮凝剂是由浓度为0.48％～0.72％(以SiO2计)的聚合硅酸溶液与浓度为15％‑25％(wt)(以Ti计)的聚合四氯化钛溶液按照Si：Ti的摩尔比为：0.02～0.1：1的比例混合制得，所得的聚合硅酸聚合聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂外观为无色透明溶液，质量浓度为10％‑20％(wt)，密度为1.10～1.54mg/L，碱化度(B)为0.3～2.0。

【技术特征摘要】
1.一种聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂，其特征在于，在氯离子存在条件下制得，该复合絮凝剂是由浓度为0.48％～0.72％的聚合硅酸溶液与浓度为15％-25％wt的聚合氯化钛溶液按照Si：Ti的摩尔比为：0.02～0.1：1的比例混合制得，聚合硅酸溶液的浓度以SiO2计，聚合氯化钛的浓度以Ti计，所得的聚合硅酸聚合氯化钛无机高分子复合絮凝剂外观为无色透明溶液，质量浓度为10％-20％wt，密度为1.10～1.54mg/L，碱化度(B)为0.3～2.0；制备方法，在氯离子存在条件下制备，包括步骤如下：(1)将质量浓度为18～37wt％的硅酸钠溶液逐滴加入到浓度为0.5～1mol的稀盐酸中，控制整个反应过程中溶液的pH＜2，调节溶液的最终pH为1.5，静置2～3h，得聚合硅酸溶液；聚合硅酸溶液的浓度为0.08～0.12mol/L；(2)量取一定体积的四氯化钛溶液，持续搅拌条件下，加水稀释到质量浓度为80～100g/L，然后逐滴加入浓度为10～20wt％的NaOH溶液，调节碱化度(B)至0.3～2.0，滴加完毕后，持续搅拌1～2h至溶液无色透明，得聚合氯化钛溶液，聚合氯化钛溶液的浓度为80～90g/L，碱化度(B)为0.5～1.0；...

【专利技术属性】
技术研发人员：高宝玉，黄鑫，岳钦艳，王燕，李倩，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37