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探究不同条件下制备的聚合氯化铝样品中各种铝形态的含量及混凝效果

发布时间:2015-04-04 出自:聚合氯化铝 已被浏览:256 次

混凝是水处理中应用非常广泛的一个操作.当前,聚合氯化铝(PAC)是一种占据相当大市场份额的主流混凝剂,其具有投药量低、适应性高、电中和能力强、形成絮体密度大、絮体生长快、产污泥量少等特点,而这些特点与PAC中所含的高荷电的羟基聚合铝阳离子密切相关.铝的水解反应及水解聚合铝形态研究,一直是分析、材料、环境等众多领域研究的热点.

铝水解聚合反应过程及其形态分布极其复杂,涉及制备途径、反应条件和溶液化学组成等诸多方面,因此对水解聚合铝形态分布产生影响的因素就包括总铝浓度、碱化度、反应温度、反应时间、碱化剂种类以及加碱方式和碱化速率等。

本研究采用Al-Ferron逐时络合比色法以及废水混凝实验,对不同总铝浓度条件下制备的具有相同碱化度的PAC样品中各种铝形态的分布以及混凝效果进行研究,探讨总铝浓度对PAC中铝形态分布的影响。

1实验部分

1.1仪器与药品

TU-1901双光束紫外一可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);ACCULAB电子分析天平(德国赛多利斯集团);XK78-1磁力搅拌器(姜堰市新康医疗器械有限公司)。

KAl(S04)2.12H20,AlCl3.6H20,8-羟基-7-碘-5-喹啉磺酸,NaOH,HC1等,均为分析纯;实验用水为二次蒸馏水。

1.2PAC样品的制备

向锥形瓶中放人一定量的AICl3水溶液,边快速搅拌边向瓶中滴加NaOH溶液,每滴加一滴后,当溶液中的絮状物溶解后,再滴加另一滴,样品达到预定碱化度(B=2.5)后,停止滴加NaOH,继续搅拌1h,然后在室温下熟化24h,从而制得总铝浓度(AlT)分别为0.2、0.5和0.75mol/L的PAC样品。

1.3Al形态分析

采用Al-Ferron逐时络合比色法.Ferron试剂俗称试铁灵,即8-羟基-7-碘-5-哇啉磺酸.在水溶液中,Al(Ⅲ)的单核羟基化台物以及各种共聚物可与Ferron试剂进行反应,改变溶液颜色的深度.共聚物的聚合度与形态不同,反应速率也不同,因而可根据溶液颜色改变的速率来区分不同的形态分布。1min内参与反应的为Ala,即Al单体部分;1—120min内参与反应的为Alh,即聚合态的铝物种,其中1—60min内反应的记作Alb1,聚合度较小,而60—120min内反应的记作Alb2,为聚合度较高的Al形态;120min内不能参与反应的记作Alc,主要指不溶性的Al(OH)3。

1.4废水混凝实验

以1g/L的高岭土悬浊液作为模拟废水,取200mL在快速搅拌下分别加入相同含铝量的各种PAC样品,然后慢速搅拌20min,静置沉降后,以相同投加量条件下的除浊率为指标,比较不同PAC样品的混凝效果.

2结果与讨论

2.1总铝浓度对Al形态分布的影响

图1为25℃条件下,PAC溶液中各形态摩尔百分比随总铝浓度AIT的变化情况.

由图1可知,当碱化度及制备温度一定时,总铝浓度AIT对PAC中含各形态的量有很大影响.PAC样品中单体态的含Ala量远低于AICl3溶液,且随AIT的增加而略有减少;但不溶性含Alc的量在PAC样品中要高于AICl3溶液中,且随着AIT的增加而有所增加。
图1  几种混凝剂中不同AL形态摩尔百分比的对比

对于聚合态的Alb,PAC样品中的含量均高于AICI3溶液,且随AIT的增加也略有减少,但1~60min内与Ferron反应的低聚体Alh1随AIT的增加减少比较明显,而60—120min内与Ferron反应的高聚体Alb2随AIT的增加则略有增加。

陈朝阳等曾通过27Al-NMR法研究发现,PAC溶液中Al13的含量随总铝浓度AlT的增加而减少,而含Al30的量则随总铝浓度AIT的增加而增加,Al13与Al30之和随AIT的增加而略有减少,若将Al13和Al30分别与Alh1和Alh2对应起来,这与本研究所得结论基本一致。

2.2混凝效果比较

图2为几种混凝剂对高岭土悬浊液的除浊效果。

由图2可以看出,几种PAC的混凝效果均明显好于AICl3,这与前述实验结论一致.由于Alh是PAC中起主要混凝作用的物种,由图1可知,几种PAC样品中Alh的含量均远高于AICl3,因此,几种PAC的混凝效果均明显好于AlCl3。

由图2还可以看出,3种不同总铝浓度条件下制备的具有相同碱化度的PAC溶液相比,总铝浓度为0.5mol/L条件下制备的PAC溶液混凝效果较好.PAC2.5(AlT=0.5mol/L)与PAC2.5(AlT=0.2mol/L)相比,二者A1h含量相差不大,前者Alh2含量较高,而其恰是混凝效果最佳的成分;而PAC2.5(AlT=0.5mol/L)与PAC2.5(AIT=0.75mol/L)相比,后者Alh含量较低,而不溶性Alc含量则较高,故导致其混凝效果差于前者.

3小结

总铝浓度对聚合氯化铝中Al形态分布有很大影响,高的总铝浓度有利于聚合度较高的铝形态的形成,但过高会导致不溶性氢氧化铝沉淀的含量过高,从而影响其混凝效果。本研究条件下,总铝浓度为0.5mol/L条件下制备的碱化度为2.5的PAC溶液混凝效果最好。

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