水处理药剂为什么要使用聚硅氯化铝

 2021-02-28    1310  

① 聚硅氯化铝PASO的制备方法

a. 复合法 取一定量的0.25mol/LA1C13'6H2O溶液和一定 量的去离子水于烧杯中,采用Dosimat型精密微量自动滴定仪微量 滴加0.5mol/L NaOH溶液(滴碱速度为0.05mL/min),制备铝浓 度(以AR表示)为O.lOmol/L,碱化度B-2.0PAC,然后立 即向PAC溶液中加入一定量的熟化2h的聚硅酸溶液,可以制备不 Al/Si摩尔比的PASC溶液。

b. 共聚法 取一定量的0.25mol/LA1C6H2。溶液于烧 杯中,按Al/Si摩尔比分别为5.01015的比例加入一定量的 新鲜制备的聚硅酸,加入一定量的去离子水,然后采用Dosimat 精密微量自动滴定仪微量滴加0.5mol/L NaOH溶液(滴碱速度为 0.05niL/min) B = 2.0,可得 A1T = 0.10mol/L, B = 2.0 PASC溶液。

② 聚硅氯化铝的颗粒大小与分子量分布研究无机高分子絮 凝剂的颗粒大小及分子量分布,有助于正确解释其混凝机理以及指 导高效能絮凝剂的生产。基于光散射测量技术的光子相关光谱 PCS)方法和超滤膜法,现常被用来研究无机高分子絮凝剂的颗 粒大小及分子量分布并得到较好的肯定。

溶液分散体系中,待测的颗粒物经一给定波长的入射光照射而 诱发散射光,由于颗粒物的布朗运动而引起的浓度瞬变会导致散射 光强度随时间在平均值附近起伏,涨落的频率同颗粒物的运动速率 也即颗粒物的大小有关,其信号可以通过函数及计算机数据处理以 颗粒粒度分布的光子相关光谱PSC)形式表示,釆用PSC法可测 得纳米级无机高分子絮凝剂聚集体的平均粒径。超滤是一种压力驱 动的膜分离过程,溶液中分子量较小的溶质在压差作用下可透过滤 膜,而分子量较大的溶质则被截留,利用超滤膜孔径的不同可以截 留不同范围分子量分布的溶质,实现不同分子量物质的分离,可大


致表征颗粒物分子量的分布。

image.png

2-22 Ah,及其聚集体的形态结构示意图

D聚集体的分形系数,表示其分支大小,随聚集程度而变

240是不同方法制备的PASCPAC釆用PCS方法测定的 粒径大小的比较。结果表明PASC聚集体的粒径明显较PAC的大, 共聚法制备的PASC可得到粒径更大的聚合物,有利于提高对水体 中胶体颗粒的吸附架桥能力;聚集体粒径大小不同,其形态分布也 存在着差异。有研究表明,单个Al]3的粒径为2.5nm左右,它们 46


时常结合成线性及枝状的聚集体,粒径分布范围为几十纳米至几百 纳米(如图2-22)。根据表2-10的测定结果,可以认为粒径范围 <10nm的组分是AS单体、A1水解物种的低聚体、聚硅酸的低聚 体,以及它们相互作用形成的络合物;粒径处于几十纳米至几百纳 米乃至更大粒径的组分是A上的线性及枝状聚集体、聚硅酸的高聚 体、以及高聚合度的聚硅酸与A1水解产物用形成的络合物。

2-11超滤法测定B = 2.0PACPASC样品的分子■分布/%


nn

观分子

>3000

>6000

>10000

>60000

>100000

PAC



62.2

53.7

37.5

21.5

11.5

PASC

(共)

Al/Si = 5.0 -

89.2

85.5

78.5

72.3

68.2

PASC

(共)

Al/Si - 10

79.4

73.3

65.3

57.6

50.8

PASC

(共)

Al/Si = 15

73.5

68.1

56.4

41.9

20.1

PASC

(复),

AI/Si-5.0

80.2

75.8

64.3

51.2

40.3

PASC'

(复),

Al/Si 10

70.6

63.3

45.2

38.2

21.4

PASC'

(复),

Al/Si = 15

67.3

58.2

39.8

22.5

13.1

 

2-11中超滤法测定的分子量尽管并不能代表聚合物的真正 分子量,只是反映了水中聚合物的相对大小,但大致可表示其表观 分子量。表中可知,PASC (共)的表观分子量〉PASC (复) PAC;聚硅酸含量越高Al/Si值小),试样的表观分子量就越大。 一般而言,无机高分子絮凝剂的分子量越大,对水体中胶体颗粒的 吸附架桥能力就越强,其净水效果也就越好,故PASC应较PAC 具有更好的混凝效果。

③ 聚硅氯化铝的形态分布及转化规律有文献根据铝盐水解 聚合生成聚十三铝的规律,提出羟基聚合氯化铝在溶液中形态转化 的途径,如图2-23所示,可以看出加碱强制水解较不加碱、微碱 或天然水体中水解可制得更多的AL聚集体。而硅铝复合无机高分 子混凝剂本质上是铝盐水解聚合过程的中间产物与聚硅酸阴离子或 其他基团的结合体,由于聚硅酸与铝离子及铝的水解产物具有不同 程度的络合(螯合)作用,这势必影响铝的形态分布及转化特征。

(A)自发水解

铝盐溶解,榆释

单体'初聚体




(Ala)



h2oh2oh2o

Al(OH)n


沉淀物

HjOAl1 h2o ——

Al (OH)-

Al (OH)! (am) [

h2oh2oh2o

Al2(OH)f

I

I



(Alh_x)

(Al>n)



低聚体(A%

) 高聚体(A.)

OH OH OH



1

OH AIVOH ——

Al(0H)4 +12 Aloa  

A1i2A1O4(OH)]—— «ai13

OH OH OH

四面体

八面体

(A1i3) 聚集体

I



聚十三€(Alb)

溶液加碱


(B)强制水解


2-23 AUDI)溶液形态转化途径示意图

 

研究铝水解聚合形态分布及转化特征的方法目前主要有A1- Ferron逐时络合比色法和核磁共振27A1-NMR法等。Al-Ferron逐时 络合比色法的原理是基于显色剂Ferron与铝水解态络合反应速度 的差异,将水解铝溶液中的各种形态划分为三类,即:Al,(单 体形态,与Ferron瞬时反应部分,反应时间为0 ~lmin)Alb (中 等聚合形态,是与Ferron缓慢反应的部分,且反应动力学表现为 准一级反应,反应时间120min)Al(一般指水解聚合大分子 或溶胶聚合物,与Ferron反应十分缓慢或基本上不反应,反应时 间〉120min), 一般认为Ak部分是凝聚絮凝能力最强的。虽然这 种按络合反应时间划分的水解形态的方法具有一定的随意性,但用 此法依据已知的总铝浓度(A0 = Ala +Alb + AL),可分别求得各类 形态的含量及比例o27A1-NMR法可定量地检测水解铝溶液中共存


的铝化学形态信息,如单体形态A1单)、十三聚合铝A、)以及 其他形态A1其他)。

采用Al-Ferron逐时络合比色法,比较研究PASCPAC中铝 的形态分布及转化规律的实验结果表明,由于聚硅酸与铝离子及铝 的水解产物间的相互作用,在相同的B值条件下,与PAC相比, PASCAlaAk含量较低,而Alc含量较高O27A1-NMR法测试结 果表明,在相同的B值条件下,与PAC相比,PASCA1单和 A含量较低,而A1其他含量较高,其差值随着碱化度BAl/Si 摩尔比的减小而增大。共聚法制备的PASC与复合法制备的相比 较,具有较高的A'Al其他,而AkAl单、AS的含量则较 低。都说明了制备工艺对聚硅氯化铝中铝形态分布存在一定的 影响。


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