赤泥基聚合硫酸铝铁絮凝剂的制备应用范文

摘要:以广西平果某铝厂的工业废渣赤泥为主要原料，制备聚合硫酸铝铁(PAFS)絮凝剂和壳聚糖－聚合硫酸铝铁(CTS－PAFS)复合絮凝剂;以模拟印染废水、高岭土模拟废水为处理对象，探究自制絮凝剂的絮凝性能。研究结果表明:在最佳制备工艺条件下制备的PAFS絮凝剂处理染料废水的脱色率及去浊率分别达到84．61%、95．72%，对高岭土废水去浊率为96．19%;通过壳聚糖改性的自制CTS－PAFS复合絮凝剂对高岭土废水去浊率达91．61%，对染料废水的色度、浊度的去除率分别达到96．91%、97．32%。

关键词:赤泥;絮凝剂;聚合硫酸铝铁;絮凝效果

纺织印染工业是我国重点污染行业，在我国工业废水中，印染废水存在废水量多、有机物含量高、色度高、pH值不稳定等特点，是比较难处理的的工业废水之一，因此，修复治理纺织印染工业中的染料废水迫在眉睫［1］。当前，处理印染废水的方式包括物理、化学、生物法三种，絮凝法属于化学法中的一种，絮凝法在处理废水时具有投资经费低、设备占地少、效果好、操作管理容易等优点，在絮凝法中絮凝剂起着至关重要的作用［2］。因此，研发高效环保絮凝剂是目前水治理领域中絮凝法研究的重点之一。赤泥是铝工业生产过程中所产生的一种固体废渣，铝工业中对赤泥处理的方式大多是采用赤泥坝堆存，赤泥的长期堆放占用大量土地，造成大量土地资源浪费，此外还会引发一系列环境问题［3］。赤泥中主要成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、TiO2等，目前赤泥利用率仅达15%～25%，因此对赤泥进行综合利用的研究具有重要意义［4－5］。本文以广西平果某铝厂产生的赤泥作为主要原料，合成聚合硫酸铝铁絮凝剂并且对制备絮凝剂的最佳工艺条件进行探索，并将合成聚合硫酸铝铁与壳聚糖复配制备CTS－PAFS复合絮凝剂，该复合絮凝剂同时具备聚合硫酸铝铁和壳聚糖絮凝剂的优点，使其在废水处理中性能更佳。本工作为赤泥的综利用和新型环保高效复合絮凝剂制备提供了一定的参考。

1实验部分

1．1实验设备及材料

LS－55紫外－可见分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司;WGZ－1浊度计，上海昕瑞仪器仪表有限公司;EL－320S电子分析天平，常州市天之平仪器设备有限公司;HJ－4多头磁力加热搅拌器，常州国华电器有限公司;PHS－3CpH计，上海仪电科学仪器有限公司。浓硫酸(AR)，西陇化工股份有限公司;氢氧化钠(AR)，天津市光复科技有限公司;过氧化氢(AR)，天津永晟精细化工有限公司;壳聚糖(AR)，阿拉丁;冰乙酸(AR)，西陇化工股份有限公司;染料，染衣家;赤泥，广西平果某铝厂赤泥堆场。

1．2实验部分

1．2．1赤泥基聚合硫酸铝铁絮凝剂的制备

将适量的赤泥放入马弗炉，600℃的高温下煅烧3h，磨碎、过筛、干燥;称15g赤泥于圆底烧瓶中，加入6mol/L的硫酸90ml(固液比为1∶6);80℃水浴搅拌2h，酸浸结束后，得到浸出液;量取一定量滤液于三颈烧瓶，加入过量H2O2，一定温度下边搅拌边滴加NaOH以调节反应液的pH值，待NaOH溶液滴完后，搅拌一段时间;搅拌结束后一定温度下熟化一定时间，便得到红棕色的PAFS絮凝剂。

1．2．2CTS－PAFS复合絮凝剂的制备

取10mL赤泥浸出液于三颈烧瓶中，反应前加入过量的H2O2，一定温度下边搅拌边滴加NaOH溶液以调节滤液的pH值，待NaOH溶液滴完后，将反应液至滴加至2%的壳聚糖溶液中，搅拌一段时间;搅拌结束后，一定温度下熟化一定时间，便制成CTS－PAFS复合絮凝剂。

1．2．3絮凝剂絮凝性能测试

(1)色度的测试:量取0．01g/L的模拟印染废水50mL于100mL烧杯中，启动多头磁力搅拌器，设置适宜转速，滴加一定量的自制絮凝剂，搅拌10min，静置2h，取上层清液，使用紫外可见分光光度计进行模拟印染废水的色度测定。色度的去除率:ω=(A0－A)/A0(1)ω—色度去除率;A0—处理前印染废水吸光度值;A—处理后印染废水吸光度值(2)浊度的测试:移取50mL0．01g/L的模拟印染废水或50mL0．5g/L模拟高岭土废水于烧杯中，启动多头磁力搅拌器，设置适宜转速，滴加一定量的自制絮凝剂，快速搅拌10min，静置2h，取上层清液，进行浊度测试。使用浊度仪进行浊度测定。浊度的去除率:η=(T0－T)/T0(2)η—浊度去除率;T0—处理前的废水浊度值;T—处理后的废水浊度值。

2结果与讨论

2．1赤泥基聚合硫酸铝铁絮凝剂制备的工艺条件研究

2．1．1聚合

pH值对赤泥基聚合硫酸铝铁絮凝剂絮凝效果的影响用浓硫酸酸浸赤泥，得到浸出液，在浸出液中加入过量H2O2，加入NaOH溶液调节浸出液的pH值分别为0．5，1．0，1.5，2．0，2．5，分别在80℃水浴搅拌2h，80℃熟化24h，得到不同反应pH的絮凝剂。pH值在0．5～2．5范围内，随着滤液的pH的上升，染料废水脱色率和高岭土废水去浊率先上升后下降。反应pH值在1．5～2．0间，PAFS对染料废水的脱色率及去浊率和高岭土废水的去浊率絮凝效果较好。其中pH值=1．5时染料废水脱色率及去浊率最高分别为84.56%、92．67%，高岭土废水去浊率最高为95．03%，这是因为赤泥浸出液中主要是含有Fe3+、Al3+两种离子，随着pH的升高，絮凝剂中的Fe3+、Al3+与OH－结合产生沉淀，降低絮凝剂絮凝效果［6－7］。

2．1．2聚合温度对赤泥基聚合硫酸铝铁絮凝剂絮凝效果的影响

在聚合温度为60～140℃范围内，随着反应液的反应温度的升高，制备絮凝剂对染料废水色度去除率及浊度去除率和高岭土废水浊度去除率先升高后降低。其中反应温度达100℃时染料废水脱色率及去浊率最高分别为86．58%、93．63%，高岭土废水去浊率为93．54%。从化学平衡角度出发，温度的升高，加速了微粒的热运动，粒子发生有效撞击的几率增大，从而加快聚合反应速度;而100℃之后PAFS的盐基度下降，其电中和性能下降，减小絮凝剂絮凝效果［8］。

2．1．3聚合时间对赤泥基聚合硫酸铝铁絮凝剂絮凝效果的影响

用浓硫酸酸浸赤泥，得到浸出液，在浸出液中加入过量的双氧水，加入一定量的氢氧化钠调节浸出液的pH值为1．5，100℃水浴搅拌2h，100℃分别熟化8，12，16，20，24h得到不同聚合时间的絮凝剂。由图3可知:在聚合时间8～24h范围内，随着聚合时间的增长，染料废水脱色率及去浊率和高岭土废水去浊率先上升后下降。其中聚合时间为12h时染料废水脱色率及去浊率最高分别为84．61%、95．72%，高岭土废水的浊度去除率最高为96．19%。温度一定时，适当的聚合时间使充分反应，聚合时间过长时，易产生不溶性的氢氧化物胶体，影响絮凝剂的絮凝性能。

2．1．4模拟印染废水pH值对聚合硫酸铝铁絮凝剂絮凝效果的影响

用浓硫酸酸浸赤泥，得到浸出液，在浸出液中加入过量的双氧水，加入适量的氢氧化钠调节浸出液pH值为1．5，100℃水浴搅拌2h，100℃熟化12h，得到最佳条件下的絮凝剂，将其应用pH值为3、5、7、9、11染料废水，由图4可知:染料废水pH值为3～11范围，随着染料废水pH的增加，染料废水脱色率及去浊率先升高后降低。其中pH值为7时染料废水的浊度、色度去除率分别为95．40%、85．89%，pH值在7～9范围内絮凝剂有较好的絮凝效果。

2．2CTS－PAFS复合絮凝剂的絮凝性能研究

2．2．1壳聚糖的添加量对CTS－PAFS复合絮凝剂絮凝效果的影响

用浓硫酸酸浸赤泥，得到浸出液，在浸出液中加入过量的H2O2，加入适量的氢氧化钠调节浸出液pH值为1．5，100℃水浴搅拌2h，加入2%的壳聚糖的量为0．1，0．2，0．3，0．4，0．5，0．6，0．7，0．8，1．0mL，100℃熟化12h，得到不同配比的CTS－PAFS复合絮凝剂。添加壳聚糖的量在0．1～1．0mL之间，随着壳聚糖的添加量增多，染料废水脱色率及去浊率和高岭土废水去浊率先升高后降低。其中壳聚糖的投放量为0．7mL时染料废水脱色率及去浊率最高分别为96．91%、97．32%，高岭土废水去浊率为91．61%，继续增加壳聚糖的复配量时，则复配絮凝剂的絮凝效果明显降低。这是因为PAFS主要组分是Fe3+、Al3+，具有较高的正电荷，可消除水中悬浮胶粒的ξ电位并使其脱稳，当加入壳聚糖时，CTS－PAFS复合絮凝剂对水中脱粒具有吸附架桥作用，在其聚合作用下交联成网状，使絮凝剂具有较大的表面积，完全发挥吸附卷扫作用，从而提高絮凝效果［9－10］。

2．2．2印染废水

pH值对CTS－PAFS复合絮凝剂絮凝效果的影响用浓硫酸酸浸赤泥，得到浸出液，在浸出液中加入过量的H2O2，加入适量的氢氧化钠调节浸出液pH值为1．5，100℃水浴搅拌2h，加入0．7mL的2%的壳聚糖的量，得到CTS－PAFS复合絮凝剂，将其应用于不同染料废水pH值分别为3、5、7、9、11中。pH值在3～11范围内，随着染料废水的pH值的增加，染料废水的色度、浊度去除率先升高后降低。其中pH值=9时染料废水脱色率及去浊率分别为96．50%、91.36%。这是由于H+的大小影响到CTS分子的解离状态，同时也影响了CTS分子与PAFS的相互作用。

3结论

本文以铝工业生产所产生的赤泥为主要原料制备PAFS絮凝剂和CTS－PAFS复合絮凝剂，通过实验探究其最佳的制备工艺条件，制备PAFS的最佳工艺条件为:pH值=1．5;反应温度T=100℃;聚合时间t=12h。在此条件下制备的PAFS处理染料废水脱色率及去浊率分别达到84．61%、95．72%，对处理高岭土废水去浊率为96．19%，可适用的染料废水的pH值范围是7～9。通过壳聚糖改性自制CTS－PAFS复合絮凝剂能提高PAFS的絮凝性能，在最佳复配比下壳聚糖/自制PAFS复合絮凝剂对高岭土废水去浊率为91．61%，对染料废水的色度、浊度的去除率分别为96．91%、97．32%，可适用的染料废水的pH值范围是7～9。

参考文献

［1］王士峰，吴静，程澄，等．某印染废水的水质指纹特征［J］．光谱学与光谱分析，2015，35(12):3440－3443．

［2］横涛．复合型絮凝剂的制备对印染废水处理的实验研究［D］．广东:华东理工大学，2018．

［3］肖慧霞，徐美玲，李风海，等．赤泥综合利用的研究进展［J］．应用化工，2015，(10):1930－1933．

［4］柳晓，韩跃新，何发钰，等．赤泥的危害及其综合利用研究现状［J］．金属矿山，2018，(11):7－12．

［5］李彬，张宝华，宁平，等．赤泥资源化利用和安全处理现状与展望［J］．化工进展，2018，37(2):714－723．

［6］唐晓东，邓杰义，李晶晶，等．复合高分子絮凝剂的制备及研究进展［J］．工业水处理，2015，35(2):1－5．

［7］鲁秀国，黄林长，过依婷，等．聚合氯化铁的改性及其在印染废水中的应用［J］．化工新型材料，2018，46(7):280－282．

［8］白风荣，李赞忠，刘进荣．聚合硫酸铝铁(PAFS)的合成及性能研究［J］．工业水处理，2014，34(12):76－77．

［9］夏雄，刘威，徐霞，等．PSAF－CPAM高分子无机－有机复合絮凝剂表征及其对印染废水除磷效果分析［J］．工业安全与环保，2018，44(14):82－85．

［10］孔爱平，王九思，武鹏华．无机与有机复合絮凝剂PAFC－CTS的制备及其在废水处理中的应用［J］．水处理技术，2009，35(4):86－87．

作者:马巧珊 范方方 单位:百色学院 化学与环境工程学院