一种聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种用于水处理的无机高分子混凝剂及其制备方法。该无机高分子混凝剂为聚合四氯化锆，以四氯化锆和浓碱液为原料，将浓碱液缓慢添加到四氯化锆溶液中，得到不同的适宜碱化度，浓碱液滴加过程控制在3h内完成，之后持续搅拌3‑5h，至溶液呈无色透明的液体。本发明专利技术提供的无机高分子混凝剂具有产品稳定性好、对胶体物质的吸附架桥能力强、混凝效果好、使用范围广等优点，可广泛适用于给水、废水处理、造纸、纺织印染、日用化工等领域，并具有良好的水处理效果。本发明专利技术方法具有工艺简捷、经济、快速等特点。

Preparation method of polymerized four zirconium chloride inorganic high polymer coagulant and application thereof

The invention discloses an inorganic high polymer coagulant for water treatment and a preparation method thereof. The inorganic polymer coagulant for the polymerization of four zirconium chloride, four zirconium chloride and alkali as raw materials, the concentrated solution slowly added to the four zirconium chloride solution, suitable basicity different, alkali adding process control in 3h, after continuous stirring for 3 5h, until the solution was colorless and transparent liquid. The present invention provides inorganic polymer coagulant has the advantages of good product stability, adsorption bridging capacity of colloidal substances, good coagulation effect and the use of a wide range, can be widely applied to the water supply, wastewater treatment, paper making, textile, daily chemical industry, and has good water treatment effect. The method of the invention has the advantages of simple process, economy and rapidness.

【技术实现步骤摘要】
一种聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法及其应用
本专利技术涉及水处理
，特别涉及一种聚合四氯化锆无机高分子混凝剂(PZC)的制备方法及其作为水处理药剂的用途。
技术介绍
铁系或铝系混凝剂富含多种高正电荷的水解产物。为提高混凝效果，常将Al和Fe盐经过预水解得到聚合氯化铝、聚合氯化铁和聚合硫酸铁等产物。然而，铝系混凝剂的大量使用会产生一定量的Al残余，对人类健康产生潜在危害；铁系混凝剂的使用同样伴随一些问题，例如处理后水中残余的Fe盐具有较强腐蚀性。因此制备具有高混凝效率的新型絮凝剂势在必行。其他可替代的金属离子，如Zr盐等在水处理领域的应用正在受到重视。值得指出的是基于Zr元素的混凝剂比Al和Fe混凝剂具有更高的正电荷量，最高价态可达+8价，这极大提高了电中和能力，进而促进了污染物去除效率。另一方面，Zr不具备毒性，在大多数在与生物活动相关的pH水平下以惰性的二氧化物形式存在。相比于传统Al系混凝剂，Zr对人体不会造成潜在伤害，这保证了污水和饮用水处理的安全性。但是四氯化锆溶液本身为强酸性，四氯化锆用作混凝剂，在水解过程中也会由于水解作用而释放出大量的H+，这些因素导致了混凝出水的pH较低，这一缺点严重影响了其出水的后续利用和进一步处理。因此，人们仍然期望能够获得一种具有高正电荷水解产物，在较低剂量下能获得高的有机污染物去除率，具有混凝效率高、稳定性好、无害、适用范围广等优点的混凝剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，由此获得一种绿色、高效的新型无机高分子混凝剂。为实现上述目的，本专利技术提供如几个方面：<1>一种聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，所述方法包括步骤如下：(1)用去离子水配置10％-20％(w/v)的ZrCl4溶液；(2)在0-4℃，将ZrCl4溶液在搅拌速率为300-800rpm的持续搅拌的条件下，将浓度在80-200g/L的浓碱溶液缓慢添加至ZrCl4溶液中，使得碱化度在大于0至2.5范围内，其中碱化度＝[OH-]/[Zr4+]，(3)上述步骤(2)浓碱溶液添加过程按照碱化度的不同，添加时间控制在3h以内，然后继续搅拌3-5h，得到透明澄清且不存在可见沉淀物的溶液，即制得不同碱化度的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂溶液。<2>根据前面一项的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，其中，在步骤(1)中，使用质量浓度为98％-100％的ZrCl4配置成所述的ZrCl4溶液。<3>、根据前面任一项所述的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，其中，步骤(2)中所述的预定碱化度为0.2-2.5。<4>、根据前面任一项权利要求1所述的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，其中所述浓碱溶液选自氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液。<5>、根据前面任一项所述的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，其中，在步骤(2)中，将浓碱溶液以滴加的方式添加到步骤(1)所制备的ZrCl4溶液中。<6>、一种根据前面<1>至<5>项中任一项所述的方法获得的四氯化锆无机高分子化合物。<7>、根据前面<1>至<5>项中任一项所述的方法获得的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂在水处理中作为水处理药剂的用途。<8>、根据权利要求7所述的用途，所述用途包括将根据前面<1>至<5>项中任一项所述的方法制备获得的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂直接添加到需要处理的水或污水中。<9>、根据<7>所述的用途，其中，所述聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的投加量为10-40mg/升水或污水，所述水或废水的pH范围为4-10。<10>、根据<8>所述的用途，所述需要处理的水或污水包括给水、饮用水、或来自造纸、采矿、纺织印染和日用化工领域中废水。具体实施方式本专利技术的第一个方面是提供了一种聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，所述方法包括步骤如下：(1)用去离子水配置浓度为10％-20％(w/v)(对应于111.11-222.22g/L的浓度)的ZrCl4溶液(2)将ZrCl4溶液中置于冰水浴中，在搅拌速率为300-800rpm的c持续搅拌的条件下，将浓度为80-200g/L的浓碱液缓慢滴加至ZrCl4溶液中，滴加完毕之后继续搅拌3-5h；其中所述浓碱溶液与ZrCl4溶液的投量比范围为大于0-2.5。(3)上述步骤(2)浓碱液滴加过程按照碱化度的不同，滴加时间控制在3h以内，然后继续搅拌3-5h，得到的溶液均透明澄清且不存在可见沉淀物，即制得不同碱化度的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂溶液。在本专利技术中所使用的去离子水是通常意义上的去离子水。本专利技术的原料为市售的ZrCl4粉末，其质量浓度范围为98％-100％。在本专利技术中，所使用的浓碱液可以是氢氧化钠、氢氧化钾等。例如，可以使用浓度为优选使用浓度为100-180g/L的浓缩的NaOH或氢氧化钾溶液。优选地，步骤(1)中，是将一定质量的ZrCl4缓慢加入去离子水中，转移至容量瓶中，定容制备10％-20％(w/v)的ZrCl4溶液。优选地，步骤(2)中，所述的预定碱化度为大于0至2.5，优选0.2-2.5，其中碱化度＝[OH-]/[Zr4+]，例如，碱化度可以为碱化度为0、0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5。优选地，步骤(2)中，ZrCl4溶液置于冰水浴中0.5-1h后，开始滴加碱液，滴加速度范围可以控制在0.03-0.1mL/min。优选地，步骤(2)中，搅拌速率为300-800rpm。优选地，步骤(3)中，浓碱液比如氢氧化钠溶液滴加时间控制在0.5-3h，即根据所预定的碱化度，在3h以内加完氢氧化钠溶液。优选地，步骤(3)中，浓碱液比如氢氧化钠溶液滴加完毕后，继续搅拌3-4h。本专利技术第二方面是提供了由本专利技术的方法所制备出的聚合四氯化锆无机高分子化合物。本专利技术制备的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂(PZC)为不存在可见沉淀物的无色透明溶液。本专利技术的专利技术人研究了水解产物在ESI-TOF-MS光谱中主要信号相对强度的分布，结果归纳在实施例中所示出的表1中。这些数据表明，在本专利技术的这种通过添加浓碱溶液使四氯化锆预水解而的确形成了一种四氯化锆的无机高分子化合物。随着碱化度B值增加，大部分Zr种类转变为类别较少的高聚合物。而且，当碱化度增加至2.5时，m/z值为569(Zr17-Zr28)对应的组分可以增加至PZC25中的26％。此外，本专利技术制备的聚合四氯化锆无机高分子化合物可以作为混凝剂被直接添加到需要处理的水或污水中，它是一种新型、高效、绿色的水处理药剂，可应用于给水、废水处理，造纸、采矿、纺织印染、日用化工领域。聚合四氯化锆无机高分子混凝剂是用于废水处理的水处理药剂，其投加量在10-40mg/L，优选投加量为30-40mg/L，最佳投加量40mg/L。在水处理中，聚合四氯化锆无机高分子混凝剂使用的pH范围为4-10，优选地，pH值为7-9。不受任何理论束缚的情况下下，本专利技术人认为采用浓缩的氢氧化钠或氢氧化钾溶液通过碱式滴定法使得四氯化锆发生预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，所述方法包括步骤如下：(1)用去离子水配置10％‑20％(w/v)的ZrCl4溶液；(2)在0‑4℃，将ZrCl4溶液在搅拌速率为300‑800rpm的搅拌的条件下，将浓度在80‑200g/L的浓碱溶液缓慢添加至ZrCl4溶液中，使得碱化度在大于0至2.5范围内，其中碱化度＝[OH

【技术特征摘要】
1.一种聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，所述方法包括步骤如下：(1)用去离子水配置10％-20％(w/v)的ZrCl4溶液；(2)在0-4℃，将ZrCl4溶液在搅拌速率为300-800rpm的搅拌的条件下，将浓度在80-200g/L的浓碱溶液缓慢添加至ZrCl4溶液中，使得碱化度在大于0至2.5范围内，其中碱化度＝[OH-]/[Zr4+]；(3)上述步骤(2)浓碱溶液添加过程按照碱化度的不同，添加时间控制在3h以内，然后继续搅拌3-5h，得到透明澄清且不存在可见沉淀物的溶液，即制得不同碱化度的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂溶液。2.根据权利要求1所述的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，其中，在步骤(1)中，使用质量浓度为98％-100％的ZrCl4配置成所述的ZrCl4溶液。3.根据权利要求1所述的聚合四氯化锆无机高分子混凝剂的制备方法，其中，步骤(2)中所述的预定碱化度为0.2-2.5。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛国平，李娜，俞汉青，胡怡，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34