專利名稱：一種聚合硫酸鋁鐵絮凝劑的制備方法
技術領域：
本發明屬于絮凝劑制備技術領域，具體涉及一種聚合硫酸鋁鐵絮凝劑的制備方法。
背景技術：
絮凝劑是一種極有效的強化固液分離的物質，其應用已滲透到各個部門。無機高 分子絮凝劑多為聚合鐵或聚合鋁等陽離子型的聚合物，對膠體的混凝主要是通過吸附架橋 使離子連接而完成的。若在活性聚合鐵中加入一定量的鋁離子，形成含鋁離子的陽離子型 聚合硫酸鋁鐵(PAFQ，該絮凝劑在對膠體的混凝過程中可同時發生靜電中和、吸附架橋和 網捕三種功能，產生良好的絮凝效果。目前，普遍使用的無機高分子絮凝劑有鐵系和鋁系兩大類，聚合硫酸鋁和聚合 硫酸鐵分別是鋁系和鐵系的典型代表，兩者有著不同的絮凝特性。聚合硫酸鋁水解弱， 絮凝體積小，疏松，沉降慢，但殘余色度小；而聚合硫酸鐵水解強，凝體積大，密實，沉降快， 強度好，但殘余色度大。若二者復合成共聚型絮凝劑，則可優勢互補，使初凝時間、礬花大 小，沉降速度優于聚合硫酸鋁，而出水色度優于聚合硫酸鋁鐵；同時還克服了鋁鹽成本較 高、沉淀效果不理想、過量鋁殘存于水中對人體有害，鐵鹽容易產生泛黃和變黑的不足的 問題。中國專利CN94117429. 8提出了一種以硫酸亞鐵為原料，以硝酸鋁為催化劑制備 聚合硫酸鋁鐵的方法。但該法中硝酸鋁兼做供鋁成分，故產品中鋁含量低；另外，該法以純 氧為氧化劑，且反應體系需要較高的壓力要求，因此生產成本較高。中國專利CN1583593A公開了一種利用工業廢渣合成聚合硫酸鋁鐵絮凝劑的工 藝，該工藝以工業廢渣作主劑，粉煤灰為助劑，采用一步合成法合成無機高分子絮凝劑一聚 合硫酸鋁鐵(PAre)；在合成過程中，用硫酸或1 1的硫酸、鹽酸混合酸，50°C 100°C攪拌 下浸泡原料一晝夜，抽濾后作為添加助劑。該工藝制得的絮凝劑具有良好的凈水功能，但是 該工藝需要對原料進行前期浸泡，且分階段控制溫度，操作復雜；另外，利用該法合成產品 以后需要進行固液分離，增加了操作難度。因此，目前急需一種工藝簡單、便于控制合成的 聚合硫酸鋁鐵絮凝劑的制備方法。

發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種生產成本較低、工藝 方法簡單、全鐵含量高、絮凝效果好的聚合硫酸鋁鐵絮凝劑的制備方法。本發明的目的是這樣實現的一種聚合硫酸鋁鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于， 包括如下步驟
以鈦白粉工業副產品七水硫酸亞鐵為主要原料，加入一定量的水進行溶解并加入少量 H2SO4進行酸化，調節混合液的pH在0.6 1.0 ；然后，加入氯酸鈉進行氧化后；再加入硫酸鋁在水浴溫度為50°C 100°C下發生聚合反應，聚合反應30 50min，得到聚合硫酸鋁鐵 絮凝劑；在聚合反應過程中加入H3PO4作穩定劑；待液體均勻時，加入少量的Na2CO3調整混 合液的堿化度為0. 05 0. 6 ；最后，在常溫下靜止Mh，得到聚合深棕色的液體產品，即硫酸 鋁鐵絮凝劑；
其中，所述氯酸鈉的量按七水硫酸亞鐵與氯酸鈉的質量比為16. 5 20:1加入；硫酸鋁 的量按照AL/Fe摩爾比為1 11 1 9的比例加入，H3PO4的量按P/Fe摩爾比為0. 1 0. 3 的比例加入，水為溶劑。進一步，所述制備方法具體步驟如下
(1)將70g鈦白粉工業副產品七水硫酸亞鐵置于燒杯中，邊加入蒸餾水邊攪拌成均勻 的稀糊狀硫酸亞鐵混合液；然后在攪拌下緩慢加入濃H2SO4進行酸化，調節混合液的pH在 0. 6 1. 0 ；
(2)在步驟(1)制成的液體中，邊攪拌邊加入4.5g氯酸鈉進行氧化；同時，慢速攪拌，當 形成均勻的液體，不出現任何氣泡時即可；
(3)按AL/i^e摩爾比為1 11 1 9稱取硫酸鋁，加入蒸餾水溶解，待溶解以后加入到步 驟(2)中的硫酸亞鐵混合液中，同時，慢速攪拌均勻；
(4)將硫酸亞鐵混合液放入水浴鍋中，控制水浴溫度為60°C 80°C；啟動攪拌器，慢速 攪拌約40 min ；聚合反應過程中，按P/i^e摩爾比為0. 1 0. 3的比例加入H3PO4作為穩定 劑；
(5)攪拌約30min，待液體均勻后，加入少量Na2CO3調整堿化度至0. 3 ；
(6)待攪拌完成以后，取出產品靜置M小時即得產品。進一步，所述硫酸鋁鐵絮凝劑中的!^2+含量小于0. 1，全鐵含量為11% 13%，鹽 基度9% 16%，堿化度0. 05 0. 6。與現有工藝、產品相比，本發明具有以下優點
(1)本發明制備方法采用氯酸鈉氧化工藝，氯酸鈉在酸性溶液中具有強氧化作用，可作 為氧化劑，將七水硫酸亞鐵氧化成硫酸鐵，使得二價鐵離子被氧化成三價鐵離子；同時，相 比于傳統工藝中的雙氧水，氯酸鈉成本更為低廉，來源更為廣泛。(2)本發明制備方法采用的原料為鈦白粉工業副產品七水硫酸鐵，原料來源廣泛， 生產成本低；工藝流程簡單，易操作，易控制；在生產過程無廢液、廢氣、廢渣產生，屬于清 潔生產。(3)通過發明方法制備的聚合硫酸鋁鐵為深棕色透明液體產品，易溶于水；具有礬 花形成速度快，濁度、COD、去除率高，脫色率高的特點；
(4)通過發明方法制備的聚合硫酸鋁鐵產品，在常溫下化學性質穩定，久貯不變質，且 投加方便；絮凝活性組分高，產品全鐵含量可達11% 13%，全鐵含量和絮凝性能均優于現 有工業產品；可廣泛用于給水處理和污廢水處理。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。實施例1控制反應溫度60°C，AL/^e摩爾為1:11
(1)將70g鈦白粉工業副產品七水硫酸亞鐵置于燒杯中，加入IOmL蒸餾水，邊加入邊攪 拌，攪拌成均勻的稀糊狀硫酸亞鐵混合液；然后在攪拌下緩慢加入4. 3mL98%的濃吐504進行 酸化；
(2)邊攪拌邊加入4.5g氯酸鈉，進行氧化。期間，為了將七水硫酸亞鐵充分氧化成硫酸 鐵，需要持續緩慢攪拌，當燒杯內形成均勻的液體，不出現任何氣泡時，即沒有氣體溢出時 即可；氧化完成后，若混合液過干可以加入少量蒸餾水進行稀釋，以補充聚合反應時將流失 的水分。(3)按AL/Fe=l:ll稱取7. 63g的硫酸鋁，加入IOmL蒸餾水溶解，待硫酸鋁完全溶 解以后加入到燒杯中，同時，慢速攪拌均勻；
(4)為了加速反應的水解聚合程度將燒杯放入水浴鍋中，控制水浴溫度為60°C；啟動攪 拌器，慢速攪拌約40 min ；反應過程中(約攪拌IOmin后)加入2. 68g98%的H3PO4作為穩定 劑，H3PO4可以提供PO43-離子提高分子量，達到增聚作用。(4)攪拌一定的時間(約30min)，待液體均勻后，加入Na2CO3調整堿化度(OH/Fe)至 0. 1 ；由于Na2CO3容易水解形成氣體，因此加入過程中，少量引入，慢速攪拌，避免液體滲出。(5)待攪拌完成以后，取出產品靜置M小時即得產品。本實施例得到的聚合硫酸鋁鐵絮凝劑的產品外觀及質量指標如下 外觀棕色液體，粘稠，易溶于水
活性組分以全鐵計，全鐵含量可達11%。實施例2
控制反應溫度70°C，AL/Fe為1 10
(1)將70g鈦白粉工業副產品七水硫酸亞鐵置于燒杯中，加入IOmL蒸餾水，邊加入邊攪 拌，攪拌成均勻的稀糊狀硫酸亞鐵混合液；然后在攪拌下緩慢加入4. 3mL98%的濃吐504進行 酸化，調節混合液的pH在0. 6 1. 0 ；
(2)邊攪拌邊加入4.5g氯酸鈉，進行氧化。同時，慢速攪拌，直到形成均勻的液體，不出 現任何氣泡為止；氧化完成后，若混合液過干可以加入少量蒸餾水進行稀釋，以補充聚合反 應時將流失的水分；
(3)按AL/Fe=l:10稱取8. 39g的硫酸鋁，加入IOmL蒸餾水溶解，待溶解以后加入到上 述硫酸亞鐵混合液中，同時，慢速攪拌均勻；
(4)為了加速反應的聚合水解程度，將硫酸亞鐵混合液放入水浴鍋中，控制水浴溫度為 700C ；啟動攪拌器，慢速攪拌約40 min ；聚合反應過程中(約攪拌IOmin后)加入3. 35g98% 的H3PO4作為穩定劑，H3PO4可以提供PO43-離子提高分子量，達到增聚作用。(5)攪拌一定的時間(約30min)，待液體均勻后，加入Na2CO3調整堿化度(OH/Fe)至 0. 2 ；由于Na2CO3容易水解形成氣體，因此加入過程中，少量引入，慢速攪拌，避免液體滲出；
(6)待攪拌完成以后，取出產品靜置M小時即得產品。本實施例得到的聚合硫酸鋁鐵絮凝劑的產品外觀及質量指標如下 外觀棕色液體，粘稠，易溶于水。活性組分以全鐵計，全鐵含量可達12%。實施例3控制反應溫度80°C，AL/Fe為1 9
(1)將70g鈦白粉工業副產品七水硫酸亞鐵置于燒杯中，按比例加入IOmL蒸餾水，邊 加入邊攪拌，攪拌成均勻的稀糊狀硫酸亞鐵混合液；然后在攪拌下緩慢加入4. 3mL98%的濃 H2SO4進行酸化，調節混合液的pH在0. 6 1. 0 ；
(2)在上述液體中，邊攪拌邊加入4.5g氯酸鈉，進行氧化。同時，慢速攪拌，直到形成 均勻的液體，不出現任何氣泡為止；氧化完成后，若混合液過干可以加入少量蒸餾水進行稀 釋，以補充聚合反應時將流失的水分；
(3)按々17^6=1:9稱取9.32g的硫酸鋁，加入IOmL蒸餾水溶解，待溶解以后加入到上述 硫酸亞鐵混合液中，同時，慢速攪拌均勻。(4)為了加速反應的聚合水解程度，將硫酸亞鐵混合液放入水浴鍋中，控制水浴 溫度為80 V ；啟動攪拌器，慢速攪拌約40 min;聚合反應過程中(約攪拌IOmin后)加入 4. 02g98%的H3PO4作為穩定劑，H3PO4可以提供P043_離子提高分子量，達到增聚作用。(5)攪拌一定的時間，待液體均勻后，加入Na2CO3調整堿化度(OH/Fe)至0. 3 ；由于 Na2CO3容易水解形成氣體，因此加入過程中，少量引入，慢速攪拌，避免液體滲出。(6)待攪拌完成以后，取出產品靜置M小時即得產品。本實施例得到的聚合硫酸鋁鐵絮凝劑的產品外觀及質量指標如下 外觀棕色液體，粘稠，易溶于水
活性組分以全鐵計，全鐵含量可達13%。
權利要求
1.一種聚合硫酸鋁鐵絮凝劑的制備方法，其特征在于，包括如下步驟以鈦白粉工業副產品七水硫酸亞鐵為主要原料，加入一定量的水進行溶解并加入少量 H2SO4進行酸化，調節其pH在0. 6 1. 0 ；然后，加入氯酸鈉進行氧化后；再加入硫酸鋁在水 浴溫度為50°C 100°C下發生聚合反應，聚合反應30 50min，得到聚合硫酸鋁鐵絮凝劑； 在聚合反應過程中加入H3PO4作穩定劑；待液體均勻時，加入少量的Na2CO3調整混合液的堿 化度為0. 05 0. 6 ；最后，在常溫下靜止Mh，得到聚合深棕色的液體產品，即硫酸鋁鐵絮凝 劑；其中，所述氯酸鈉的量按七水硫酸亞鐵與氯酸鈉的質量比為16. 5 20:1加入；硫酸鋁 的量按照AL/Fe摩爾比為1:11 1:9的比例加入，H3PO4的量按P/Fe摩爾比為0. 1 0. 3 的比例加入，水為溶劑。
2.根據權利要求1所述的聚合硫酸鋁鐵絮凝劑制備方法，其特征在于，具體步驟如下(1)將70g鈦白粉工業副產品七水硫酸亞鐵置于燒杯中，邊加入蒸餾水邊攪拌成均勻 的稀糊狀硫酸亞鐵混合液；然后在攪拌下緩慢加入4. 3mL98%的濃進行酸化，調節混合 液的PH在0.6 1.0 ；(2)在步驟(1)制成的液體中，邊攪拌邊加入4.5g氯酸鈉進行氧化；同時，慢速攪拌，當 形成均勻的液體，不出現任何氣泡時即可；(3)按AL/i^e摩爾比為1 11 1 9稱取的硫酸鋁，加入蒸餾水溶解，待溶解以后加入到 步驟(2)中的硫酸亞鐵混合液中，同時，慢速攪拌均勻；(4)將硫酸亞鐵混合液放入水浴鍋中，控制水浴溫度為60°C 80°C；啟動攪拌器，慢速 攪拌約40 min ；聚合反應過程中，按P/i^e摩爾比為0. 1 0. 3的比例加入H3PO4作為穩定 劑；(5)攪拌約30min，待液體均勻后，加入少量Na2CO3調整堿化度至0. 3 ；(6)待攪拌完成以后，取出產品靜置M小時即得產品。
3.根據權利要求1所述的聚合硫酸鋁鐵絮凝劑制備方法，其特征在于，所述硫酸鋁鐵 絮凝劑中的1 2+含量小于0. 1，全鐵含量為11% 13%，鹽基度9% 16%，堿化度0. 05 0. 6。
全文摘要
本發明公開了一種以鈦白粉工業副產品七水硫酸亞鐵為主要原料，加水溶解并調節其pH為0.6～1.0，然后加入氯酸鈉進行氧化后；再加入硫酸鋁在水浴溫度為50℃～100℃下發生聚合反應，聚合反應30～50min，得到聚合硫酸鋁鐵絮凝劑；在聚合反應過程中加入H3PO4作穩定劑；待液體均勻時，加入少量的Na2CO3調整混合液的堿化度為0.05～0.6；最后，得到聚合深棕色的液體產品，即硫酸鋁鐵絮凝劑。本發明方法工藝簡單，成本低廉，在生產過程無廢液、廢氣、廢渣產生。產品中的絮凝活性組分高，其全鐵含量和絮凝性能均優于現有工業產品，可廣泛用于給水處理和污廢水處理。
文檔編號C01G49/14GK102120623SQ20111003137
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月28日 優先權日2011年1月28日
發明者張鵬, 朱國成, 楊軍, 鄭懷禮, 陳文源, 馬江雅 申請人:重慶大學