[发明专利]聚铁硅型复合无机高分子絮凝剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚合铁-聚合硅酸复合无机高分子絮凝剂PFSI及其制备方法，属于水处理用絮凝剂的技术领域。

在市政、工业、民用用水与废水处理中，混凝技术是其中得到最为广泛应用的技术之一。随着环境污染的日益加剧，人们对水环境污染问题认识的深化以及对提高自身生活素质与标准的要求与日俱增，水环境污染的控制与治理逐渐引起人们的足够重视并取得各方面的进展。混凝技术可以用来去除水体中的颗粒态杂质以及强化水体中溶质的去除与污泥的固液分离等，因而有着更为广泛的需求与发展趋势。混凝剂是混凝技术的关键环节之一。按其化学性质可以区分为两大类，即无机与有机混凝剂。同时还可以按分子量大小继续区分为低分子凝聚剂与高分子絮凝剂。由于有机高分子絮凝剂存在毒性问题，且价格高昂难以大量应用。无机混凝剂具有无毒(或低毒)、价廉、原料易得等多方面的优点，在混凝技术中占据极其重要的地位，一直来得到广泛的应用。

传统混凝剂属于低分子凝聚剂，主要为铝系与铁系盐类，如硫酸铝、三氯化铁等。在其使用过程中具有反应速率慢、药耗高、低温低浊水处理效果不佳，而且因其水解过程中离解出大量的酸，需和熟石灰或其它助凝剂一起使用，增加了费用与污泥量。随着对无机混凝剂作用机理认识的加深，在传统无机铝、铁盐基础上发展了新一类水处理药剂-无机高分子絮凝剂，自六十年代的出现及后来的发展与完善过程中，代表着无机混凝剂的主导发展趋势，在给水处理中有替代传统无机盐类的趋势。无机高分子絮凝剂作为无机混凝剂发展中的主流，逐步形成系列品种。其中聚台氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁已有固定产品，活化硅酸作为助凝剂在现场制备，其改进产品直接作为混凝剂也已得到一定的开发。其它产品则尚处于研试阶段。但是由平铝系混凝剂存在有毒性问题，对于铁系混凝剂的应用得到重视。如何提高铁系无机高分子絮凝剂的效能成为无机混凝剂研究中的重点与难题所在。

聚合氯化铁是无机高分子絮凝剂的主要品种之一。在实验室中研究其存在形态与功能由来已久，与聚合硫酸铁以商品名称同时出现于文献中已有二十几年，但一直未能作为正式产品或成批生产而行销于市场。其原因在于产品的稳定性不高，短期内就会发生失稳沉淀而减弱或失去混凝效能。聚合铁发生沉淀失稳的机理与定量规律，目前尚缺乏深入的单明。一般说来，除了浓度、温度、晶核等因素外，共存阴离子成分起着决定性作用。根据这一观点，参考有关文献可以归纳出从以下三类物质去寻求阻沉稳定剂：(1)无机阴离子如硫酸根、磷酸根等；(2)有机阴离子如各种有机酸根、表面活性剂等；(3)有机聚电解质或聚合物如聚醇、聚糖等。它们抑制沉淀形成的机理可能在于其与单体铁之间的络合配位作用而影响铁羟氧化物的进一步聚合，也可能与聚合铁高分子直接结合而阻止其进一步聚合，或是由于其他原因改变了溶解度等，有待更多的研究证明。但并非所有能起阻沉作用的成分都可以作为稳定剂，它们还需要满足下列条件：(1)不影响聚合铁在使用时作为絮凝剂的功能；(2)无毒，在水处理中不产生副作用；(3)使用方便，价格低廉等等。

CN87101246A介绍日本一种水处理絮凝剂与方法。其采用高聚合硅酸和少量金属盐一起使用。该絮凝剂的优点是具有较强的聚集能力，水处理费用低。但是高聚合硅酸的稳定性较低，容易聚合成凝胶而失去混凝性能。另外CN1050709A与CN105905A介绍了以高炉水矿渣为主要原料生产聚合硅酸-盐絮凝剂以及聚合硅酸-聚合铝絮凝剂。具有原料易得、生产成本低，混凝效能优于聚合氯化铝且其中铝含量降低了一半。

本发明的目的在于克服聚合氯化铁稳定性不高，集聚合铁与聚合硅酸絮凝剂的优点于一体，提供一种高效聚铁硅型复合无机高 分子絮凝剂及其制备方法。实现本发明所采取的方法是以低聚态硅酸为稳定剂，以三氯化铁、碳酸氢钠为原料制备不同聚合度的聚合氯化铁，而后与高聚合度的聚合硅酸复合，使其反应1-4小时，即得絮凝剂产品。

原料可以应用盐酸或硫酸酸洗废液进行氧化制备。稳定剂与聚合硅酸制备时也可以使用硫酸生产。

针对不同水质状况，可以适当调节聚合度与硅铁比。

本发明所得无机高分子絮凝剂具有的优点是：

1为铁-硅系絮凝剂，与铝系絮凝剂相比不存在毒性问题。

2．液体产品，保存期长，使用方便，与传统铁盐混凝剂相比大大降低了腐蚀性。

3．原料易得，效能显著，根据水质特点可以方便地调节配方组成，应用范围广。

实施例一：