专利名称：一种聚硅铁混凝剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种无机高分子混凝剂及其制备方法。
背景技术：
化学混凝作为水处理的重要单元操作之一，一般由混凝作用形成的絮体可 经沉淀、过滤或气浮等工艺而达到与水分离的目的。作为单元操作，混凝操作 的效能不但会受到前处理的影响，也会对后续处理产生重大影响。混凝技术是 目前国内外用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水处理技术，混凝技
术的关键问题之一就是混凝剂的选择。而其中无机高分子混凝剂自60年代开 发以来就呈现了明显的优势。它与传统的絮凝剂比较效能更优异，且比有机高 分子絮凝剂价格低廉，而被广泛用于给水、工业废水以及城市污水的各种流程， 逐渐成为主流絮凝剂。
聚硅酸盐是一类新型无机高分子絮凝剂，是在聚硅酸即活化硅酸及传统的 铝盐、铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的复合产物，通过铁离子和铝离子被用 做偶联金属离子，偶联金属离子与硅酸的摩尔比可随不同的使用要求加以调 整。发展该类产品的初衷是金属离子的电中和能力和聚硅酸的吸附架桥能力结 合在一起，从而使复合产物具有较强的电中和吸附架桥作用，达到更好的净水 效果。它们的絮凝脱稳性能远远超过聚硅酸和聚金属离子，同聚硅酸相比，不 但提高稳定性，且增加了电中和能力，同聚金属离子相比，可增加黏结架桥性 能，且易于制备，价格适宜，引起了水处理界的极大关注，成了国内外无机高 分子絮凝剂研究的一个热点。但许多研究表明，通过各种渠道进入人体的铝会 产生积累并会参与体内的多种生物化学反应，从而导致产生生物毒性而破坏各 个器官的生理功能，所以聚硅铁盐也就受到了越来越多的关注。
聚硅酸铁盐的研制始于上世纪90年代初期，具有凝聚沉淀快、污泥量少、 宽泛的pH值适用范围、安全无毒等优点，目前主要的制备方法主要有以下两 种专利名称为《聚铁硅型复合无机高分子絮凝剂及其制备方法》、公开号为 CNU10818的中国专利以液体三氯化铁、碳酸氢钠和工业水玻璃为原料，以
低聚硅酸为稳定剂，采用均聚复合法制备聚合铁-聚合硅酸絮凝剂，而且是应 用同一个制备方法制备不同硅铁摩尔比混凝剂，以适应不同水质的原水和废
水。专利名称为《固体型聚合硅酸硫酸铁及生产方法》、公开号为CN1389407 的中国专利采用硝酸氧化硫酸亚铁并且以硅酸钠为原料生产固体聚合硅酸硫 酸铁，反应用蒸汽加热，将温度控制在8(TC 9(TC，并采用尾气吸收系统处理
二次污染产生的废气。以上两种方法生产的混凝剂存在对低温低浊水质适应性 差、生产成本高、制备工艺复杂和生产过程中对环境产生二次污染的缺陷。
发明内容
本发明是为了解决现有制备聚铁硅混凝剂中存在对低温低浊水质适应性 差、生产成本高、制备工艺复杂和生产过程中对环境产生二次污染的缺陷，而 提供一种聚硅铁混凝剂及其制备方法。
本发明的聚硅铁混凝剂按重量百分比由20% 60%的水玻璃、10%~30%的 稀酸溶液、10%~50%的硫酸亚铁和1.5%~10%的氯酸钠制成；其中稀酸溶液的 溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为20%~50%。
本发明的聚硅铁混凝剂的制备方法按照如下步骤进行 一、按重量百分比 分别称取20% 60%的水玻璃、10%~30%的稀酸溶液、10%~50%的硫酸亚铁和 1.5%~10%的氯酸钠；二、在400~600r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到一部 分的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值为2.0~3.5，然后停止搅拌并控制反应温 度为20。C 6(TC，反应l 10h后，制得活化硅酸；三、在20。C 80。C、搅拌速 度为200 400r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中， 10 30min后再加入步骤二制得的活化硅酸，然后以100~200r/min的速度搅拌 30 60min，再静置1 24h;即得到聚硅铁混凝剂；步骤一中的稀酸溶液的溶质 为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为20% 50%。
本发明的聚硅铁混凝剂具有以下优点1、对低温低浊水质适应性明显增 强，能够有效降低浊度、天然有机物(UV254)和化学需氧量(COD); 2、产 品安全无毒；3、应用广泛，适用于城市给水与污水、工业给水、废水处理及 污泥脱水等多个领域。
本发明的聚硅铁混凝剂的制备方法具有以下优点1、方法简单，在常温 下即可制备，无需加热，最短生产时间仅为2小时40分钟；2、原料易得，改
变了以前的制备方法都没有使用乙酸制备；3、制备成本低，成本比现有混凝 剂的制备方法降低了 2%~10%; 4、制备过程中不产生废气，产品对环境友好。
图1为具体实施方式
二十九制备的聚硅铁混凝剂与现有的聚合氯化铝混 凝剂在投药量为0.06mmol/L时的降低污水浊度的对比图，其中"A，，为聚硅铁
混凝剂降低污水浊度曲线，"令"为聚合氯化铝混凝剂降低污水浊度曲线；图2
为具体实施方式
二十九制备的聚硅铁混凝剂与现有的聚合氯化铝混凝剂在投
药量为0.18mmol/L时的降低污水浊度的对比图，其中"x"为聚硅铁混凝剂降低 污水浊度曲线，"固"为聚合氯化铝混凝剂降低污水浊度曲线。
具体实施例方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方 式间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式的聚硅铁混凝剂按重量百分比由20%~60% 的水玻璃、10°/。~30%的稀酸溶液、10%~50%的硫酸亚铁和1.5%~10%的氯酸 钠制成；其中稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为 20%~50%。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点为聚硅铁混凝
剂按重量百分比由30%~50%的水玻璃、15% 25°/。的稀酸溶液、20%~40%的硫 酸亚铁和3% 8.5%的氯酸钠制成；稀酸溶液的浓度为30%~40%。其它与具体 实施方式一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点为聚硅铁混凝 剂按重量百分比由40%的水玻璃、20%的稀酸溶液、30%的硫酸亚铁和10%的 氯酸钠制成；稀酸溶液的浓度为35%。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一、二或三的不同点为水
玻璃中二氧化硅的质量浓度为2%~8%。其它与具体实施方式
一、二或三相同。
具体实施方式
五本实施方式的聚硅铁混凝剂的制备方法按照如下步骤进
行 一、按重量百分比分别称取20%~60%的水玻璃、10%~30%的稀酸溶液、 10%~50%的硫酸亚铁和1.5% 10%的氯酸钠；二、在400~600r/min的搅拌速 度下将水玻璃加入到一部分的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值为2.0 3.5，然
后停止搅拌并控制反应温度为20。C 60。C，反应l-10h后，制得活化硅酸；三、 在20。C 80。C、搅拌速度为200 400r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入 到剩余的稀酸溶液中，10~30min后再加入步骤二制得的活化硅酸，然后以 100 200r/min的速度搅拌30 60min，再静置2 24h;即得到聚硅铁混凝剂；步 骤一中的稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为 20%~50%。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤一中按 重量百分比分别称取30%~50%的水玻璃、15%~25%的稀酸溶液、20%~40%的 硫酸亚铁和3%~8.5%的氯酸钠。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤一中按
重量百分比分别称取40%的水玻璃、20%的稀酸溶液、30%的硫酸亚铁和10% 的氯酸钠。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
五、六或七的不同点是步
骤一水玻璃中二氧化硅的质量浓度为2%~8%。其它步骤及参数与具体实施方
式五、六或七相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤二中在 450~550r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到稀酸溶液中。其它步骤及参数与具 体实施方式五相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤二中在 500r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到稀酸溶液中。其它步骤及参数与具体实 施方式五相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤二中 将水玻璃加入到稀酸溶液中使混合溶液的pH值为2.3~3.2。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤二中
将水玻璃加入到稀酸溶液中使混合溶液的pH值为2.8。其它步骤及参数与具
体实施方式五相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤二中
控制反应温度为3(TC 50。C。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤二中 控制反应温度为40°C。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤二中 反应时间为3 8h。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤二中 反应时间为5h。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤三中 在40。C 6(TC、搅拌速度为250 350r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入 到稀酸溶液中。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤三中 在5(TC、搅拌速度为300r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到稀酸溶 液中。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤三中 15~25min后再加入步骤二制得的活化硅酸。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤三中 20min后再加入步骤二制得的活化硅酸。其它步骤及参数与具体实施方式
五相 同。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤三
中加入活化硅酸后以120 180r/min的速度搅拌40 50min。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
二十二本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤三
中加入活化硅酸后以150r/min的速度搅拌45min。其它步骤及参数与具体实施 方式五相同。
具体实施方式
二十三本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤三
中搅拌后静置6 20h。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
二十四本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤三 中搅拌后静置10~16h。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
二十五本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤三
中搅拌后静置13h。其它步骤及参数与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
二十六本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤一 中的稀酸溶液的溶质为硫酸，稀酸溶液的浓度为30%~40%。其它步骤及参数 与具体实施方式
五相同。
用本事实施方式方法制备的聚硅铁混凝剂处理松花江水，投放量为 0.21mmol/L，投放40min后，测定水的浊度为0.67， CODMn的去除率为60.4%， UV254的去除率为85.4%。处理过程中不需要对水进行升温。
处理前的松花江水的水温为15。C，pH值为7.34，浊度为13.52NTU，CODMn 值为7.18mg/L， UV254值为0.145mg/L。
具体实施方式
二十七本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤一 中步骤一中的稀酸溶液的溶质为盐酸，稀酸溶液的浓度为25%~45%。其它步
骤及参数与具体实施方式
五相同。
用本事实施方式方法制备的聚硅铁混凝剂处理松花江水，投放量为
0.21mmol/L，投放40min后，测定水的浊度为0.65， CODMn的去除率为65.8%，
UV254的去除率为85.6%。处理过程中不需要对水进行升温。
处理前的松花江水的水温为15。C，pH值为7.34，浊度为13.52NTU，CODMn
值为7.18mg/L， UV254值为0.145mg/L。
具体实施方式
二十八本实施方式与具体实施方式
五的不同点是步骤一 中步骤一中的稀酸溶液的溶质为乙酸，稀酸溶液的浓度为35%。其它步骤及参
数与具体实施方式
五相同。
用本事实施方式方法制备的聚硅铁混凝剂处理松花江水，投放量为
0.21mmol/L，投放40min后，测定水的浊度为0.35， CODMn的去除率为74.3%， UV254的去除率为92.1%。处理过程中不需要对水进行升温。
处理前的松花江水的水温为15。C，pH值为7.34，浊度为13.52NTU，CODMn 值为7.18mg/L，卯254值为0.145mg/L。
具体实施方式
二十九本实施方式聚硅铁混凝剂的制备方法按照如下步骤
进行 一、按重量百分比分别称取50%的水玻璃、15°/。的稀酸溶液、30%的硫 酸亚铁和5%的氯酸钠；二、在500r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到一部分 的稀酸溶液中，使混合溶液的pH值为3.0，然后停止搅拌并控制反应温度为40°C，反应4h后，制得活化硅酸；三、在5(TC、搅拌速度为300r/min的条件 下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中，20min后再加入步骤二制 得的活化硅酸，然后以150r/min的速度搅拌40min，再静置4h;即得到聚硅 铁混凝剂；步骤一中的稀酸溶液的溶质为乙酸，稀酸溶液的浓度为35%。 本实施方式步骤一水玻璃中二氧化硅的质量浓度为8%。 用本实施方式制备的聚硅铁混凝剂和现有聚合氯化铝混凝剂处理松花江 水(松花江水的水温为15°C， pH值为7.34，浊度为13.52NTU， CODMn值为 7.18mg/L， UV254值为0.145mg/L)，投放量均为0.06mmol/L，处理后的对比 曲线如图1所示，从图1中可以看出本实施方式制备的聚硅铁混凝剂处理污水 的能力在30分钟后明显好于现有聚合氯化铝混凝剂。
用本实施方式制备的聚硅铁混凝剂和现有聚合氯化铝混凝剂处理松花江 水(松花江水的水温为15°C， pH值为7.34，浊度为13.52NTU， CODMn值为 7.18mg/L， 11￥254值为0.145mg/L)，投放量均为0.18mmol/L，处理后的对比 曲线如图2所示，从图2中可以看出本实施方式制备的聚硅铁混凝剂处理污水 的能力明显好于现有聚合氯化铝混凝剂。
权利要求
1、一种聚硅铁混凝剂，其特征在于聚硅铁混凝剂按重量百分比由20％～60％的水玻璃、10％～30％的稀酸溶液、10％～50％的硫酸亚铁和1.5％～10％的氯酸钠制成；其中稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为20％～50％。
2、 根据权利要求1所述的一种聚硅铁混凝剂，其特征在于聚硅铁混凝剂 按重量百分比由40%的水玻璃、20%的稀酸溶液、30%的硫酸亚铁和10%的氯 酸钠制成；稀酸溶液的浓度为35%。
3、 根据权利要求1或2所述的一种聚硅铁混凝剂，其特征在于水玻璃中 二氧化硅的质量浓度为2%~8%。
4、 根据权利要求1所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于聚硅铁 混凝剂的制备方法按照如下步骤进行 一、按重量百分比分别称取20%~60% 的水玻璃、10%~30%的稀酸溶液、10% 50%的硫酸亚铁和1.5% 10%的氯酸 钠；二、在400 600r/min的搅拌速度下将水玻璃加入到一部分的稀酸溶液中， 使混合溶液的pH值为2.0-3.5，然后停止搅拌并控制反应温度为20°C~60°C, 反应l 10h后，制得活化硅酸；三、在2(TC 80。C、搅拌速度为200~400r/min 的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中，10 30min后再加 入步骤二制得的活化硅酸，然后以100 200r/min的速度搅拌30 60min，再静 置2 24h;即得到聚硅铁混凝剂；步骤一中的稀酸溶液的溶质为硫酸、盐酸、 磷酸或乙酸，稀酸溶液的浓度为20%~50%。
5、 根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤一 中按重量百分比分别称取30%~50%的水玻璃、15%~25%的稀酸溶液、 20%~40%的硫酸亚铁和3%~8.5%的氯酸钠。
6、 根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤二 中将水玻璃加入到稀酸溶液中使混合溶液的pH值为2.3~3.2。
7、 根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤二 中控制反应温度为30°C~50°C。
8、 根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤三 中在40。C 60。C、搅拌速度为250 350r/min的条件下，将硫酸亚铁与氯酸钠加入到稀酸溶液中。
9、 根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤三 中加入活化硅酸后以120 180r/min的速度搅拌40 50min。
10、 根据权利要求4所述的聚硅铁混凝剂的制备方法，其特征在于步骤三 中搅拌后静置6~20h。
全文摘要
一种聚硅铁混凝剂及其制备方法，它涉及了一种无机高分子混凝剂及其制备方法。本发明解决了现有制备聚铁硅混凝剂中存在对低温低浊水质适应性差、生产成本高、制备工艺复杂和生产过程中对环境产生二次污染的缺陷。本发明的聚铁硅混凝剂由水玻璃、稀酸溶液、硫酸亚铁和氯酸钠制成。本发明的聚硅铁混凝剂的制备方法按照如下步骤进行一、称取原料；二、将水玻璃加入到稀酸溶液中，反应后制得活化硅酸；三、将硫酸亚铁与氯酸钠加入到剩余的稀酸溶液中，再加入步骤二制得的活化硅酸，即得到聚硅铁混凝剂。本发明的聚硅铁混凝剂适用于对低温低浊水质，制备成本低、制备方法简单、制备过程无污染的优点。
文档编号C02F1/52GK101386435SQ200810137438
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月31日 优先权日2008年10月31日
发明者于水利, 霞 许 申请人:哈尔滨工业大学