一种复合型聚合氯化铝絮凝剂及其制备方法技术

本申请涉及絮凝剂技术领域，具体公开了一种复合型聚合氯化铝絮凝剂及其制备方法。一种复合型聚合氯化铝絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：S1：向去离子水中加入铝源，混合均匀后配置成铝源反应液；S2：在反应容器内加入卡波姆、饱和碱土金属氢氧化物溶液、四丁基氢氧化磷溶液混合均匀制得预制液，控制预制液的温度为46

【技术实现步骤摘要】
一种复合型聚合氯化铝絮凝剂及其制备方法


[0001]本申请涉及絮凝剂
，更具体地说，它涉及一种复合型聚合氯化铝絮凝剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着环境科学技术的进步，已产生许多水处理方法，如吸附法、化学氧化法、离子交换法、生化法、电渗析法及絮凝沉淀法等。其中，絮凝沉淀法是应用广、适用性强、成本低廉的重要水处理方法，而絮凝效果的好坏会直接影响相关水处理流程的效果、费用以及最终出水水质。因此，絮凝剂的研究和开发对絮凝沉淀法至关重要。
[0003]目前应用较为广泛的絮凝剂是聚合氯化铝絮凝剂，它的主要絮凝作用机理是对水体内的胶体颗粒污染物质起到电性中和脱稳作用，并对已凝聚的次生粗大颗粒进行吸附和络合，最后形成絮凝沉淀而被去除。虽然聚合氯化铝絮凝剂的絮凝效果很好，但存在沉降速度慢、颗粒物疏松量大的问题。并且，絮凝处理后会在水体内残留铝离子，产生一定程度的环境毒性，对人体和动植物造成危害。
[0004]对于上述问题，申请公布号为CN106186019A的中国专利申请文件公开了一种低残留铝的聚合氯化铝的制备方法，采用盐酸和含铝原材料作为反应原料，在密封反应釜内进行反应，然后加入磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的混合水溶液，搅拌反应后制得成品聚合氯化铝。通过控制聚合氯化铝的三氧化铝含量，同时引入磷酸二氢钠和磷酸氢二钠增强产品的胶体脱稳能力和氢键桥架能力，在保证絮凝沉降效果的同时达到降低残余铝含量的目的。
[0005]上述文件中，引入的磷酸二氢钠在水体中水解后呈酸性，容易对整个絮凝体系的稳定性产生不良影响，整体絮凝沉降效果仍不够理想。

技术实现思路

[0006]为了进一步改善聚合氯化铝的絮凝效果，同时减少水体中残余铝的含量，本申请提供一种复合型聚合氯化铝絮凝剂及其制备方法。
[0007]第一方面，本申请提供一种复合型聚合氯化铝絮凝剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种复合型聚合氯化铝絮凝剂的制备方法，包括如下步骤：S1：向去离子水中加入铝源，混合均匀后配置成铝源反应液；S2：在反应容器内加入卡波姆、饱和碱土金属氢氧化物溶液、四丁基氢氧化磷溶液混合均匀制得预制液，控制预制液的温度为46
‑
55℃，然后向预制液中缓慢加入活化剂，在高速搅拌条件下反应20
‑
35min制得中间液；所述活化剂包括杂多酸和油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱；S3：按质量比(8
‑
9.5):(1.3
‑
1.85)取铝源反应液和中间液混合均匀制得复合液，向复合液中缓慢加入碱液，在60
‑
75℃温度下反应2
‑
6h，然后静置熟化12
‑
15h后制得成品溶液，然后将成品溶液干燥、制粉即得。
通过采用上述技术方案，将铝源溶于去离子水中形成稳定、均匀的铝源反应液，为后续的制备反应做准备。现有的制备工艺中，通常是在铝源反应液中加入碱液，达到一定的碱化度后，熟化反应得到Al
13
含量较高的聚合氯化铝产品，虽然能保证较佳的絮凝效果，但是絮凝沉淀处理后的水体中会有较高的铝残余量，存在一定的环境毒性，尤其是对于饮用水源，残余铝的含量标准更加苛刻，因此常规制备工艺制得的聚合氯化铝不能很好的满足相应的需求。
[0008]对此，本申请将卡波姆、饱和碱土金属氢氧化物溶液、四丁基氢氧化磷溶液混合均匀，在四丁基氢氧化磷分子的协助下，卡波姆分子链舒展、交织形成网状凝胶体系，然后饱和碱土金属氢氧化物溶液中的碱土金属离子与卡波姆网状凝胶体系中的羧基、羟基等极性基团形成多元环离子螯合结构，最后网状凝胶体系与多元环离子螯合结构共同构成包裹骨架。当中间液与铝源反应液混合均匀制成复合液后，缓慢加入碱液反应生成Al
a
、Al
b
、Al
c
三种类型的聚合物，此时，本申请的包裹骨架可以对生成的Al
b
（即Al
13
）进行容纳、吸附，利用包裹骨架内外的浓差极化作用促使原本应向Al
a
、Al
c
转化的铝离子，更多的转化为Al
b
，最终获得高含量的Al
13
多聚体，从而具有很好的絮凝沉淀效果。
[0009]并且，加入活化剂后，利用高速搅拌在包裹骨架内引入杂多酸和油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱，杂多酸的笼状分子可以在包裹骨架内形成分子嵌设，利用大空间位阻效应和氢键作用在包裹骨架与油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱之间形成桥架链接，在包裹骨架结构内进一步构成网状超结构，一方面网状超结构能够对Al
13
多聚体产生动态锚固作用，在絮凝过程中，能够将Al
13
多聚体以合适的速度释放至水体内，避免前期胶体颗粒表面Al
13
多聚体浓度过大引起胶体再稳现象的发生，从而提高浊度去除率。另外网状超结构对水体中的游离铝离子进行多齿络合配位，从而降低絮凝处理后的铝残余量。
[0010]另一方面网状超结构可以对胶体颗粒起到很好的捕捉作用，同时促进表面电荷的转移，使沉淀颗粒迅速聚集并沉降。并且，在絮凝过程中，利用网状结构的触连吸引作用和布朗运动作用，使已经聚集的次生颗粒进行趋同、融合，加速絮凝体的生长速度和沉降速度，可以减少絮凝剂的整体加药量，同时也进一步减少水体中残余铝的含量。
[0011]本申请的复合型聚合氯化铝具有非常好的絮凝效果，同时还能够降低水体中的残余铝含量，绿色环保，适合多种类型水体的絮凝处理，尤其是对于饮用水生产过程中的上级水絮凝处理工序，能够满足饮用水的铝残余量安全标准，具有很好的应用前景。
[0012]优选的，所述铝源为硫酸铝、氯化铝、硝酸铝中的一种或多种。
[0013]通过采用上述技术方案，优化和调整铝源的类型，选用易于溶解的铝源材料，在反应过程中通过深度扩散作用与氢氧根离子充分反应，不易产生氢氧化铝沉淀，提高铝离子的有效转化率，从而生成更多的铝聚合物，有利于形成更多的Al
13
多聚体产物，提升絮凝剂的絮凝沉淀效果。
[0014]优选的，所述预制液中，卡波姆、饱和碱土金属氢氧化物溶液、四丁基氢氧化磷溶液的质量比为(32
‑
50):(12
‑
15):(5
‑
8)。
[0015]通过采用上述技术方案，在预制液中加入较多的卡波姆时，形成的网状凝胶体系粘度过大，导致凝胶体系外围快速形成的多元环离子螯合结构会阻碍剩余碱土金属离子向内部渗透和分散，不能形成完善的包裹骨架。加较少的卡波姆时，网状凝胶体系与多元环离子螯合结构直接的结合力较弱，容易失稳断裂，也不能构成符合要求的包裹骨架结构，因此
优化和调整预制液中各组分之间的比例，从而获得稳定的包裹骨架结构。
[0016]优选的，所述步骤S2中，活化剂的加入量为预制液质量的3
‑
6.5%。
[0017]通过采用上述技术方案，实验和筛选活化剂的加入量，控制网状超本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合型聚合氯化铝絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：向去离子水中加入铝源，混合均匀后配置成铝源反应液；S2：在反应容器内加入卡波姆、饱和碱土金属氢氧化物溶液、四丁基氢氧化磷溶液混合均匀制得预制液，控制预制液的温度为46
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55℃，然后向预制液中缓慢加入活化剂，在高速搅拌条件下反应20
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35min制得中间液；所述活化剂包括杂多酸和油酸酰胺丙基羟磺基甜菜碱；S3：按质量比(8
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9.5):(1.3
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1.85)取铝源反应液和中间液混合均匀制得复合液，向复合液中缓慢加入碱液，在60
‑
75℃温度下反应2
‑
6h，然后静置熟化12
‑
15h后制得成品溶液，然后将成品溶液干燥、制粉即得。2.根据权利要求1所述的一种复合型聚合氯化铝絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述铝源为硫酸铝、氯化铝、硝酸铝中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种复合型聚合氯化铝絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述预制液中，卡波姆、饱和碱土金属氢氧化物溶液、四丁基氢氧化磷溶液的质量比为(32
‑
50):(12
‑
15):(5
‑
8)。4.根据权利要求1所述的一种复合型聚合氯化铝絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，活化剂的加入量为预制液质量的3
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6.5%。5.根据权利要求1所述的一种复合型聚合氯化铝絮凝剂的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑建亮，赵开源，张秀玉，芦连波，
申请(专利权)人：山东佳华水处理科技有限公司，
类型：发明
国别省市：