[发明专利]一种聚硅酸铁/阳离子淀粉复合絮凝剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种聚硅酸铁/阳离子淀粉复合絮凝剂及其制备方法，以钛白废酸、阳离子淀粉、硅酸钠溶液、石灰乳、双氧水和碱为原料，先利用钛白废酸制备聚硅酸铁絮凝剂，后通过共聚法将聚硅酸铁和阳离子淀粉复合，成功制备了聚硅酸铁/阳离子淀粉复合絮凝剂，对养殖废水的浊度、色度去除率、COD、总氮和总磷有着良好的吸附絮凝效果。本发明的工艺简单，成本低廉，不仅将钛白废酸变废为宝，还治理了养殖废水的污染，实现了以废治废，为钛白废酸的资源化利用开辟了一条新路。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种聚硅酸铁/阳离子淀粉复合絮凝剂及其制备方法。

背景技术

近年来，水产养殖发展如火如荼。《2018年全国渔业统计情况综述》指出，2018年全社会渔业经济总产值25864.47亿元，渔业产值12815.41亿元，其中养殖产品与捕捞产品的产值比例为77.8:22.2。在水产养殖过程中，池底会积累大量的废弃物。这些废弃物主要来自养殖时投放残余的饵料，鱼虾的排泄物等。在现代化水产养殖中，鱼类一般只能吸收所投加的饲料25％左右的蛋白值，其余大多进入水体。饲料中的有机质在水体上层的富氧环境中，会逐渐由氨氮转化为亚硝酸氮，最终转化为硝酸氮；而在水体的缺氧环境中，有机质会逐渐转化为氨氮和氮气。添加在饲料中的鱼药也会在水体中慢慢富集。在这样的环境中，水体氧气含量下降，残余的饲料颗粒悬浮在水中会影响鱼虾的正常生长，大量的营养盐易导致水体富营养化。因此探究简单可行、成本低廉的养殖废水处理技术具有重要的意义。

絮凝沉降法为向水体中投加絮凝剂，利用产生的絮团来对水体中的颗粒物进行絮凝，使其聚集后沉到水底。絮凝沉降法处理污水有着操作简单，使用便捷，适用范围广泛的优点，在废水处理中得到广泛应用，因此絮凝剂的用量极大，每年以很高的百分比递增。传统絮凝剂已逐步被无机及有机高分子絮凝剂所替代。无机高分子絮凝剂(聚合铁、聚合铝)比传统絮凝剂(低分子铁盐、铝盐)效果更优异，且比有机高分子絮凝剂价格低廉，但它的相对分子质量和粒度以及絮凝架桥能力比有机絮凝剂差，同时还存在进一步水解反应的不稳定性问题。有机高分子絮凝剂主要有人工合成和天然改性两种，人工合成的有机高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺等在使用中具有用量少、凝聚速度快、絮凝体大而强韧的特点，已被广泛应用于污水处理，但它价格偏高，而且若生产时留存有未聚合单体则有毒性；天然改性高分子絮凝剂具有原料来源广、价格较低、易生物降解等特点，其中，淀粉改性絮凝剂尤为引人注目。国外水处理药剂市场中，淀粉改性絮凝剂占有相当大的市场比例，开发及应用研究十分活跃。然而，天然高分子絮凝剂电荷密度较小、分子量低且易发生生物降解而失去活性，这些弱点促使研究和开发向各种复合型高分子絮凝剂发展。

养殖废水是一种复杂、稳定的分散体系，单一的絮凝剂往往无法获得满意的处理效果，因此，近年来研究人员开始研制复合絮凝剂。实践证明，复合絮凝剂表现出优于单一絮凝剂的效果，无机/有机复合絮凝剂的絮凝效果更佳，有望成为新生代的高效絮凝剂。无机/有机复合絮凝剂的复配机理主要与其协同作用有关，一方面污水杂质为无机絮凝剂所吸附，发生电中和作用而凝聚；另一方面又通过有机高分子的桥连作用，吸附在有机高分子的活性基团上，从而网捕其它的杂质颗粒一同下沉，起到更为优异的絮凝效果，这即是无机絮凝剂的高正电荷密度和有机高分子絮凝剂的网捕功能联合协同作用的结果。

我国有着丰富钛矿储藏，储量居世界首位，随着我国工业水平的不断提高，钛白粉工业也获得了蓬勃的发展。我国的钛白粉98％以上由硫酸法生产，平均每生产1吨钛白粉会产生6-8吨的废酸(硫酸质量浓度为20％左右)和2.5-4吨的副产品七水硫酸亚铁(绿矾，FeSO₄·7H₂O)，按粗略估计，全国钛白粉厂每年至少产生170万吨废酸和100万吨副产品硫酸亚铁。可见钛白废酸的处理已成为我国钛白粉企业面临的难题，由于处理成本过高，增加了钛白粉生产企业的运行成本，因此有必要探索一种成本低的钛白废酸的处理方法，以钛白废酸和淀粉为原料开发一种新型的有机-无机复合絮凝剂用以处理养殖废水，既达到处理钛白废酸的目的，又达到治理养殖废水的目的，为社会发展带来良好的经济效益和环境效益。

发明内容