[发明专利]一种合成无机高分子混凝剂聚硅酸硫酸铁的方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是，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。通过本发明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。

本发明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；