一种合成无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁的方法技术

本发明专利技术涉及一种合成无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁的方法，该方法是以工业副产物稻壳灰和七水合硫酸亚铁为原料，将稻壳灰与碳酸钠高温共熔制成硅酸钠，再与浓无机酸、硫酸亚铁、氧化剂经过高温反应，粉碎，得到固态聚硅酸硫酸铁，实现了工业废物的再利用，降低了生产成本，有较好的经济效益和环境效益。该方法工艺流程简单，制备过程没有污染物的排放，基本实现了无污染的绿色化学工艺，所制备产品易于储存运输，拓宽了的应用范围。通过本发明专利技术所述方法获得混有活性炭颗粒的聚硅酸硫酸铁，既能发挥无机高分子混凝的絮凝作用又能发挥活性炭的吸附性能，提高了污水处理效果。

A method of synthesizing inorganic polymer coagulant polysilicate ferric sulfate

The invention relates to a method for synthesizing inorganic polymer coagulant polysilicate ferric sulfate. The method takes rice husk ash and ferrous sulfate heptahydrate as raw materials, which are by-products of industry. The rice husk ash and sodium carbonate are eutectically melted at high temperature to form sodium silicate, and then react with concentrated inorganic acid, ferrous sulfate and oxidant at high temperature to obtain solid state. Poly ferric silicate sulfate can realize the reuse of industrial waste, reduce production costs, and have better economic and environmental benefits. The method has the advantages of simple technological process, no pollutants discharged during the preparation process, and basically realizes the green chemical process without pollution. The prepared products are easy to store and transport, thus widening the application scope. The polysilicate ferric sulfate mixed with activated carbon particles is obtained by the method of the invention, which can not only play the flocculation role of inorganic polymer coagulation, but also play the adsorption performance of activated carbon and improve the sewage treatment effect.

【技术实现步骤摘要】
一种合成无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁的方法
本专利技术涉及一种合成复合型无机高分子混凝剂的的方法，具体地说涉及聚硅酸硫酸铁的合成方法。
技术介绍
水资源短缺成为全人类面临的严峻问题。而水量短缺和污染是造成水资源短缺的主要原因。在水量短缺的情况下，实现水质的转化提高水资源的重复利用是解决水短缺的重要途径。所以人工合成各类混凝剂提高水转化速率成为研究热点。目前混凝剂主要分为四类：无机混凝剂、有机高分子混凝剂、无机-有机复合混凝剂、微生物混凝剂。聚硅酸硫酸铁是是无机高分子混凝剂中的研究热点，具备无机混凝剂和有机高分子混凝剂的优势，且生产成本低。聚硅酸硫酸铁有较优秀的电中和和吸附架桥作用，能吸附水中的自由离子，对水体中的杂质胶体粒子进行脱稳凝聚，同时避免了铝元素的生物毒性，生成的絮凝体易于沉降，其中富含的Fe、Si元素是植物生长的有益元素易于无害化处理。经过几十年的研究，人们对合成聚硅酸硫酸铁的工艺路程和原料来源进行改进，形成了一系列制备方法。目前合成聚硅酸硫酸铁的重要方法主要有：1)直接法：将活化硅酸与三价铁离子直接反应制得聚硅酸硫酸铁；2)间接法：将活化硅酸与亚铁盐混合再加入氧化剂制得聚硅酸硫酸铁。运用这些工艺合成聚硅酸硫酸铁需要使用硅酸钠、酸、碱，原料成本较高，对操作工艺如活化时间、溶液pH要求较高。制备过程需要经过半成品聚硅酸，硅酸的聚合度不易控制，且不稳定容易胶凝，制取的产品为液体，运输不方便，长时间放置时，聚硅酸硫酸铁容易胶凝失效。这些因素限制了聚硅酸的应用范围。目前制备固体聚合硅酸硫酸铁的工艺多为液体聚硅酸硫酸铁经喷雾干燥得到，能耗大，工艺比较复杂。目前，我国稻壳产量为每年四千万吨，稻壳作为常见的生物质大部分用于发电产能，但产生的副产物稻壳灰如不加以利用会造成极大的环境污染和资源浪费。稻壳灰主要成分中SiO2占90％，还有活性碳。将稻壳灰作为制备聚合硅酸硫酸铁的硅源，可使稻壳灰资源得到充分利用，制备过程没有污染物的排放，基本实现了无污染的绿色化学工艺。活性炭含有丰富的孔隙结构而具有巨大的比表面积和超强的吸附能力。活性炭的孔隙结构可分为微孔、中孔和大孔。活性炭微孔可吸附分子直径较小的分子和离子，中孔可吸附分子直径较大的有机污染物，大孔可以起到运输通道的作用，因此活性炭可用污水处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种合成无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁的方法，该方法是以工业副产物稻壳灰和七水合硫酸亚铁为原料，将稻壳灰与碳酸钠高温共熔制成硅酸钠，再与浓无机酸、硫酸亚铁、氧化剂经过高温反应，粉碎，得到固态聚硅酸硫酸铁，实现了工业废物的再利用，降低了生产成本，有较好的经济效益和环境效益。该方法工艺流程简单，制备过程没有污染物的排放，基本实现了无污染的绿色化学工艺，所制备产品易于储存运输，拓宽了的应用范围。通过本专利技术所述方法获得混有活性炭颗粒的聚硅酸硫酸铁，既能发挥无机高分子混凝的絮凝作用，又能发挥活性炭的吸附性能，提高了污水处理效果。本专利技术所述的一种合成无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁的方法，该方法将稻壳灰与碳酸钠高温共熔制成硅酸钠，再与浓无机酸、硫酸亚铁、氧化剂经过高温反应，粉碎，得到固态聚硅酸硫酸铁与活性炭颗粒的混合物，具体操作按下列步骤进行：a、将稻壳灰与碳酸钠按质量比为1:1.5-1:2充分混合置于反应炉中，温度850-950℃，在氮气保护中持续加热1-2h，再将产物充分粉碎，得到以硅酸钠和活性炭为主要成分的固体混合物；b、将步骤a得到的固体混合物与质量分数为95％的浓硫酸或65％的浓硝酸加入反应釜内，控制反应温度200-260℃，反应1-3h；c、将反应釜内加入七水合硫酸亚铁，与反应物充分混合后，再加入质量分数20％的双氧水或质量分数65％的浓硝酸，在温度120-160℃下加热1h，其中七水合硫酸亚铁的加入量是步骤a得到的固体质量的1-1.5倍；d、加热完成后，冷却到室温，将得到的固体反应物进行粉碎，即得到固体聚硅酸硫酸铁。本专利技术所述的一种合成无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁的方法，该方法是以工业副产物稻壳灰和七水合硫酸亚铁为原料的，实现了工业废物的再利用，降低了生产成本，有较好的经济效益和环境效益。该方法工艺流程简单，制备过程没有污染物的排放，基本实现了无污染的绿色化学工艺。通过本专利技术所述方法获得的聚硅酸硫酸铁中混有的活性炭颗粒，具有很好的吸附作用，增加了混凝剂对重金属离子和有机分子的去除率。附图说明图1为本专利技术得到固体聚硅酸硫酸铁图。具体实施方式实施例1a、将1kg稻壳灰和1.5kg碳酸钠充分混合置于反应炉中，在温度900℃，在氮气保护条件下持续加热1h，将反应后的混合物充分粉碎，得到以硅酸钠和活性炭为主要成分的固体混合物；b、将步骤a得到的固体混合物与质量分数95％浓硫酸1.5kg加入反应釜内，控制反应温度250℃，反应1h；c、将反应釜内再加入2kg七水合硫酸亚铁，与反应物充分混合后，加入质量分数65％硝酸0.5kg，在温度150℃的条件下加热1h；d、加热完成后，冷却到室温，将得到的固体反应物进行粉碎，即得到固体聚硅酸硫酸铁见图1。经分析，由该方法制备的无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁能使废水中浊度、色度、SS、和COD的去除率达到89.4％、86.5％、91.7％和87.7％；在对重金属离子去除效果的测试中，能使汞离子的去除率达到65％。实施例2a、将1kg稻壳灰和2.0kg碳酸钠加入充分混合反应炉中，在温度850℃，氮气保护条件下持续加热1h，将反应后的混合物充分粉碎，得到以硅酸钠和活性炭为主要成分的固体混合物；b、将步骤a得到的固体混合物与质量分数95％浓硫酸1kg加入反应釜内，控制反应温度260℃，反应3h；c、将反应釜内再加入1.5kg七水合硫酸亚铁，与反应物充分混合后，加入质量分数20％双氧水1kg,在温度120℃的条件下加热1h；d、加热完成后，冷却到室温，将得到的固体反应物进行粉碎，即得到固体聚硅酸硫酸铁见图1。经分析，由该方法制备的无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁能使废水中浊度、色度、SS、和COD的去除率达到89％、88.6％、89.7％和87.1％；在对重金属离子去除效果的测试中，使汞离子的去除率达到67％。实施例3a、将1kg稻壳灰和1.8kg碳酸钠充分混合置于反应炉中，在温度880℃，氮气保护条件下持续加热2h，将产物充分粉碎，得到以硅酸钠和活性炭为主要成分的固体混合物；b、将得到的固体混合物与浓无机酸为质量分数65％的浓硝酸2kg加入反应釜内，控制反应温度200℃，反应2h；c、将反应釜内加入1.5kg七水合硫酸亚铁，与反应物充分混合后，加入质量分数65％的浓硝酸0.5kg，在温度160℃下加热1h；d、加热完成后，冷却到室温，将得到的固体反应物进行粉碎，即得到固体聚硅酸硫酸铁见图1。经分析，由该方法制备的无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁能使废水中浊度、色度、SS、和COD的去除率达到88.6％、91.3％、89.7％和88.1％；在对重金属离子去除效果的测试中，能使汞离子的去除率达到64％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合成无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁的方法，其特征在于该方法将稻壳灰与碳酸钠高温共熔制成硅酸钠，再与浓无机酸、硫酸亚铁、氧化剂经过高温反应，粉碎，得到固态聚硅酸硫酸铁与活性炭颗粒的混合物，具体操作按下列步骤进行：a、将稻壳灰与碳酸钠按质量比为1:1.5‑1:2充分混合置于反应炉中，温度850‑950℃，在氮气保护中持续加热1‑2h，再将产物充分粉碎，得到以硅酸钠和活性炭为主要成分的固体混合物；b、将步骤a得到的固体混合物与质量分数为95%的浓硫酸或65%的浓硝酸加入反应釜内，控制反应温度200‑260℃，反应1‑3h；c、将反应釜内加入七水合硫酸亚铁，与反应物充分混合后，再加入质量分数20%的双氧水或质量分数65%的浓硝酸，在温度120‑160℃下加热1h，其中七水合硫酸亚铁的加入量是步骤a得到的固体质量的1‑1.5倍；d、加热完成后，冷却到室温，将得到的固体反应物进行粉碎，即得到固体聚硅酸硫酸铁。

【技术特征摘要】
1.一种合成无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁的方法，其特征在于该方法将稻壳灰与碳酸钠高温共熔制成硅酸钠，再与浓无机酸、硫酸亚铁、氧化剂经过高温反应，粉碎，得到固态聚硅酸硫酸铁与活性炭颗粒的混合物，具体操作按下列步骤进行：a、将稻壳灰与碳酸钠按质量比为1:1.5-1:2充分混合置于反应炉中，温度850-950℃，在氮气保护中持续加热1-2h，再将产物充分粉碎，得到以硅酸钠和活性炭为主要成分的固体混合物；b、将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李森，秦二帅，马昱博，
申请(专利权)人：中国科学院新疆理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：新疆,65