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活性硅酸陰離子絮凝劑研制

發(fā)表時(shí)間:2025-04-23 23:07

活性硅酸陰離子絮凝劑研制

  一、研制背景與目標(biāo)


  活性硅酸(Silicic Acid,H?SiO?)作為一種陰離子型無機(jī)高分子絮凝劑,具有分子鏈長、比表面積大、電荷密度高等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于飲用水凈化、工業(yè)廢水處理及污泥脫水等領(lǐng)域。本方案旨在通過優(yōu)化制備工藝,提升活性硅酸絮凝劑的穩(wěn)定性、絮凝效率及適用范圍,解決傳統(tǒng)硅酸絮凝劑易凝膠化、儲(chǔ)存期短等問題。

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  二、原材料選擇


  硅源:硅酸鈉(Na?SiO?)或水玻璃(模數(shù)2.0~3.4)。


  酸化劑:硫酸(H?SO?)、鹽酸(HCl)或二氧化碳(CO?)。


  助劑:聚丙烯酰胺(PAM)、鋁鹽(如硫酸鋁)或鐵鹽(如硫酸鐵),用于復(fù)合改性。


  去離子水:用于溶解和稀釋。


  三、制備工藝


  1.活性硅酸溶液制備


  步驟1:將硅酸鈉溶液稀釋至SiO?濃度為2%~4%(w/v)。


  步驟2:在攪拌條件下,緩慢滴加酸化劑至pH=5~7,控制酸化速度為0.5~1.0 mL/min,避免局部過酸。


  步驟3:室溫熟化2~4小時(shí),形成聚合硅酸溶液。


  2.復(fù)合改性(可選)


  鋁硅復(fù)合:將硫酸鋁溶液按SiO?:Al3?=1:0.5~1:2的摩爾比加入活性硅酸溶液,調(diào)節(jié)pH至6~8,反應(yīng)1~2小時(shí)。


  鐵硅復(fù)合:采用硫酸鐵,按SiO?:Fe3?=1:0.3~1:1的摩爾比復(fù)合。


  有機(jī)改性:加入0.1%~0.5%的聚丙烯酰胺(PAM),提高絮體強(qiáng)度。


  3.穩(wěn)定化處理


  低溫儲(chǔ)存:將制備好的溶液置于4℃冷藏,可延長儲(chǔ)存期至30天以上。


  添加穩(wěn)定劑:加入0.1%~0.3%的羥基乙叉二膦酸(HEDP)或乙二醇四乙酸(EGTA),抑制硅酸凝膠化。


  四、性能優(yōu)化


  分子量調(diào)控:通過調(diào)節(jié)硅酸鈉濃度、酸化速度及熟化時(shí)間,控制聚合硅酸的分子量(目標(biāo)范圍:10?~10?Da)。


  電荷密度優(yōu)化:復(fù)合改性可引入Al3?、Fe3?等陽離子,增強(qiáng)電中和能力。


  抗干擾性:添加表面活性劑(如十二烷基硫酸鈉),減少水中Ca2?、Mg2?等陽離子的干擾。


  五、應(yīng)用測試


  絮凝實(shí)驗(yàn):


  取模擬廢水(濁度50~500 NTU),投加絮凝劑(0.1~10 mg/L),快速攪拌1分鐘,慢速攪拌10分鐘,靜置30分鐘,測定上清液濁度。


  對(duì)比活性硅酸與聚合氯化鋁(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)的絮凝效果。


  Zeta電位測定:


  使用激光粒度儀測定絮凝前后顆粒的Zeta電位,驗(yàn)證電中和作用。


  掃描電鏡(SEM)分析:


  觀察絮體結(jié)構(gòu),評(píng)估絮體密實(shí)度和粒徑分布。


  六、技術(shù)指標(biāo)


  項(xiàng)目指標(biāo)


  外觀無色至淡黃色透明液體


  pH值6.0~8.0


  SiO?含量2%~5%(w/v)


  儲(chǔ)存穩(wěn)定性30天不凝膠


  絮凝效率濁度去除率≥90%


  適用pH范圍5~10


  七、注意事項(xiàng)


  安全防護(hù):酸化過程需在通風(fēng)櫥中進(jìn)行,佩戴防護(hù)手套和護(hù)目鏡。


  設(shè)備要求:攪拌速度控制在100~300 rpm,避免劇烈攪拌導(dǎo)致機(jī)械降解。


  廢液處理:未反應(yīng)的硅酸鈉溶液需中和至pH=7~9后排放。


  八、創(chuàng)新點(diǎn)


  低溫熟化技術(shù):通過控制熟化溫度(≤25℃),延緩硅酸凝膠化。


  復(fù)合改性策略:結(jié)合鋁、鐵鹽及有機(jī)高分子,提升絮凝劑的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。


  綠色穩(wěn)定劑:采用環(huán)保型螯合劑替代傳統(tǒng)重金屬穩(wěn)定劑。


  九、應(yīng)用前景


  飲用水處理:替代部分有機(jī)絮凝劑,降低消毒副產(chǎn)物生成。


  工業(yè)廢水:處理含油廢水、印染廢水及重金屬廢水。


  污泥脫水:與陽離子絮凝劑聯(lián)用,提高脫水效率。


  通過上述方案,可制備出高效、穩(wěn)定的活性硅酸陰離子絮凝劑,滿足不同水質(zhì)處理需求,具有顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。


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