[发明专利]一种制备聚钛混凝剂的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种制备聚钛混凝剂的方法及其应用，其具体步骤为：(1)将醇和有机螯合剂混合均匀后加入有机钛醇盐；(2)将去离子水、酸以及醇混合并将混合液体加入到(1)中，搅拌获得混合溶液；(3)将(2)中混合溶液干燥即可获得聚钛混凝剂；本申请提供的该聚钛混凝剂制备方法过程温和可控，克服了聚钛混凝剂难以快速稳定制备的问题；此外，该方法获得的聚钛混凝剂混凝性能优异，可应用于废水中浊度和重金属的去除，特别是低温低浊水、高盐废水、含砷含锑废水等，混凝后残留金属浓度低，出水pH缓和，有利于后续处理单元的运行。

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是一种快速稳定制备聚钛混凝剂的方法及其应用。

背景技术

混凝是水处理中最重要也是最基本的工艺单元，可以有效去除浊度和有机物。常用的混凝剂主要为铁铝的简单盐和聚合物。但是，铝混凝剂存在絮体小、适用pH较窄、出水存在健康风险等问题；而铁混凝剂具有腐蚀性，会使出水含有一定色度和气味。另外，使用铁铝混凝剂都会产生大量难以处理的污泥，并且在低温、高盐等特殊情况下的混凝效果差。因此，为了解决传统混凝剂存在的问题，新的替代混凝剂亟待开发。

自20世纪初以来就有研究者围绕钛混凝剂开展了一些研究。专利US1173698A使用少量的可溶性钛化合物和硫酸铝结合使用，不仅提高了硫酸铝混凝脱色效率，而且还大大降低了絮体的沉淀时间。Upton和Buswell首次将硫酸钛单独作为混凝剂用于水处理中(参见文献：“Upton,W.V.,Buswell,A.M.(1937).Titanium salts in waterpurification.IndustrialEngineering Chemistry,29(8),870-871.”)。与硫酸铝相比，硫酸钛虽然在去除氟化物方面没有优势，但是能更有效去除色度，并且发现它能在低温、高盐等水处理中起作用。在随后的近70年间，几乎没有人再研究钛混凝剂，主要是由于钛盐的价格太昂贵。随着钛工业的迅速发展，钛化合物的生产工艺日渐成熟，这导致钛系列产品的价格大幅下降。因此，在21世纪初，钛盐混凝剂又重新得到了关注。日本专利JP200301161A公开了一种资源化利用钛混凝剂污泥的方法。将钛盐混凝后的污泥加热处理，使其成为具有光催化活性的二氧化钛，这使得钛混凝剂的应用具备了很大的潜力。

简单的钛盐聚合度低，为了克服钛盐混凝剂混凝后出水pH过低的弊端并提高钛混凝剂的混凝性能，聚钛混凝剂得到了众多研究者的关注。中国专利CN102976462A和CN103011358B分别公开了聚合四氯化钛(PTC)和聚合硫酸钛(PTS)的无机高分子絮凝剂。然而，PTC和PTS均为液体混凝剂，聚合度低、易发生聚沉、性能不稳定，并且会带来更多的NaCl或Na₂SO₄成分。中国专利CN101979333B公开了一种聚硅钛复合絮凝剂的制备方法，该发明通过混合正硅酸乙酯和钛酸乙酯溶液并加碱聚合，得到液态的的复合絮凝剂。该混凝剂在使用过程中会带来更多的COD，存在二次污染的潜在问题，不利于其在饮用水处理等领域中的应用。以上制备聚钛混凝剂的方法均是受启发于传统聚合混凝剂的开发，而并未充分考虑到钛化合物自身的水解特性。

为了从根本上解决钛混凝剂存在的出水pH变化大、聚合度低且不稳定等问题，申请人前期申请了一种TiO₂基混凝剂(TXC，CN104944547B),该发明的制备方法为溶胶凝胶法，以四氯化钛为前驱体，乙醇为溶剂，乙酰丙酮为水解抑制剂。通过该方法制备得到的聚钛混凝剂与四氯化钛(TC)和PTC相比，适用pH范围更宽，混凝性能更优异，而且制备的TXC为固体，易于保存与运输。