發(fā)布時間：2020-05-07 15:55

【摘要】：混凝技術(shù)是水處理中的一項重要技術(shù)。高效混凝劑是提高水處理效果和節(jié)約水處理成本的關(guān)鍵。鐵鹽復(fù)合混凝劑因其優(yōu)良的混凝性能和較寬的適應(yīng)范圍成為國內(nèi)外無機高分子混凝劑的開發(fā)熱點。但是受到鐵本身性質(zhì)的影響,鐵基高分子混凝劑在實際應(yīng)用中仍然存在一些問題,如分子量較小、穩(wěn)定時間短、混凝性能較有機高分子混凝劑差等。為提高聚合硫酸鐵的分子量,本論文采用加堿和氧化兩種方法,制備了不同結(jié)構(gòu)和性能的聚合硫酸鐵,并以聚合硫酸鐵和聚硅酸為原材料制備了復(fù)合混凝劑聚硅硫酸鐵(PFSS),對共聚和共混兩種方法制備的聚硅硫酸鐵進行結(jié)構(gòu)表征和混凝性能測試；同時,本論文再分別以聚合硫酸鐵和聚硅硫酸鐵為原料與聚丙烯酰胺進行復(fù)合,得到聚合硫酸鐵-聚丙烯酰胺(PFS-PAM)和聚硅硫酸鐵-聚丙烯酰胺(PFSS-PAM)兩類鐵基無機-有機復(fù)合混凝劑,研究PFS-PAM和PFSS-PAM中有機組分含量對鐵的形態(tài)分布、電位、混凝性能和余鐵含量的影響,明確復(fù)合混凝劑與PFS及PFSS在混凝效果和穩(wěn)定性能上的差異,揭示無機-有機組分在復(fù)合混凝劑中的作用及混凝機理。主要研究結(jié)果如下： (1)采用正交分析法對堿法制備聚鐵(APFS)和氧化法制備聚鐵(OPFS)進行最佳合成條件實驗,APFS的最佳合成條件為20%的硫酸鐵溶液20℃下加堿合成,20℃下熟化4h；OPFS的最佳合成條件為45%的硫酸亞鐵溶液在20℃下合成,20℃下熟化6h。對比兩類混凝劑,它們有相同的價鍵,價鍵排列方式和聚合程度不同,表現(xiàn)出混凝性能不同。因此得出APFS與OPFS為性能不同的兩種混凝劑。 (2)采用正交分析法確定共混堿法制備聚硅硫酸鐵(APFSSm)和共聚堿法制備聚硅硫酸鐵(APFSSc)的最佳合成條件。APFSSm的制備條件為聚硅酸45。C活化1h,與APFS混合后在45℃下熟化2h。APFSSm急定性隨鐵硅比增加增強,隨鹽基度的增加而減弱,去濁能力有較大的提高。在鹽基度為0.1,鐵硅比為1.0時最佳。APFSSc為,聚硅酸45℃活化1h,與硫酸鐵混合,加入氫氧化鈉,然后50℃下熟化2.5h。穩(wěn)定性隨著鹽基度的降低和鐵硅比的增加而增加。絮凝性能在鹽基度為0.1,鐵硅比為1.0是最佳。對比APFSSm與APFSSc,二者組成價鍵一致,由于組合方式不同,表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)上的差異和混凝性能的不同,APFSSc的絮凝性能和穩(wěn)定性更強。 (3)采用正交分析法確定共混氧化法制備聚硅硫酸鐵(OPFSSm)和共聚氧化法制備聚硅硫酸鐵(OPFSSc)的最佳合成條件。OPFSSm的制備條件為聚硅酸50℃活化1h,與OPFS混合,50℃熟化2h。穩(wěn)定性在鹽基度為0.1,鐵硅比為1.0時達到最佳。絮凝性能隨鹽基度的減小而增加,隨鐵硅比的增加先升后降,在鐵硅比為1.5時達到最佳。共聚法OPFSSc的最佳合成條件為聚硅酸在45℃活化2h,與硫酸亞鐵混合,加入雙氧水,然后40℃熟化2.5h。OPFSSc穩(wěn)定性隨鹽基度的減少而增加,隨鐵硅比的增加而增加。去濁性能在鹽基度為0.1,鐵硅比為1.0時達到最大。比較OPFSSm和OPFSSc, OPFSSc具有更佳的絮凝性能。 (4)通過與多種有機高分子水溶物混合復(fù)合,確定非離子型聚丙烯酰胺為改性堿法聚合硫酸鐵的有機高分子物質(zhì)。對堿法制備的聚合硫酸鐵改性得到APFS-PAM,去濁能力增加。最佳配制比例為APFS:PAM=1000。改性氧化法聚合硫酸鐵的有機高分子物質(zhì)為非離子型聚丙烯酰胺。改性比例OPFS:PAM從20至2000。且OPFS:PAM為1000時去濁效率最高為99.7%。比較OPFS-PAM與APFS-PAM, APFS-PAM表現(xiàn)出較強的去濁絮凝性能,OPFS-PAM表現(xiàn)出較強的COD去除性能。 (5)采用混合復(fù)配法,確定非離子型聚丙烯酰胺為改性堿法制備的聚硅硫酸鐵(APFSS)的有機高分子物質(zhì)。其穩(wěn)定性隨APFSS:PAM的減小而增加,去濁性能隨APFSS:P AM的增大而增加。去除COD能力比APFSS有了較大的提高,在APFSS:PAM為100時,達到26.7%。非離子型PAM可以與氧化法聚硅硫酸鐵共溶,得到有機復(fù)合絮凝劑OPFSS-PAM。OPFSS:PAM在20到2000范圍內(nèi)。穩(wěn)定性和絮凝性能比OPFSS均有提高,穩(wěn)定時間隨OPFSS:PAM的增大而增加,去濁性能隨OPFSS:PAM的增大而增加,COD的去除性能在OPFSS:PAM=1000達到最大50.0%。比較APFSS-PAM, OPFSS-PAM具有更強的穩(wěn)定性能和絮凝性能。 綜上所述,本論文針對聚合硫酸鐵混凝劑的有機和無機復(fù)合改性,結(jié)合無機高分子和無機-有機聚合等領(lǐng)域相關(guān)技術(shù),合成了PFSS、PFS-PAM和PFSS-PAM三種鐵基復(fù)合混凝劑,確定了復(fù)合混凝劑與PFS在結(jié)構(gòu)特征和混凝性能的差異,初步揭示了復(fù)合混凝劑中復(fù)合組分相互作用的混凝機理,為高效的鐵基復(fù)合混凝劑的制備提供理論基礎(chǔ)和應(yīng)用價值。
【圖文】：

Wavenuniber <' cm'')圖2.1 PFS的紅外圖譜（B=0.1)Fig.2.1 Infrared spectra of PFS with B=0.1(2) PFS掃描電鏡

979cm_i為Fe-0-Fe鍵的吸收峰，SSOcirf"左動峰。比較APFS與OPFS的紅外圖譜可以得出，AP，，但其峰高不同。說明兩類聚合硫酸鐵中組成價鍵是一樣鍵所占的比例有所不同。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2653199