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辽宁聚合硅酸铝铁的带电特征及X衍射分析

时间:2021-02-11 20:43:34 来源: 点击:27759次

胶体具有很多特性, 其中之一是胶体的动电现象, 包括电泳和电渗, 二者都是由于外加电位差的作用而 引起的胶体溶液系统内固相与液相间产生的相对移 动。显微电泳技术近年来已广泛用于胶体化学中微细 体的表面电位的推算。依据电化学理论, 胶体颗粒之间 的排斥作用与颗粒扩散层所带电荷直接相关, zeta 电位是胶体迁移时与溶液间滑动界面处的电位,代表 颗粒扩散层的电荷情况。一般近似认为等于扩散层电 因而,zeta 电位是反映胶体颗粒稳定性的重要参 也是研究絮凝机理的重要方法。

1 实验部分 制备方法将一定量熟化后的酸化聚硅酸铝铁按11 尔比配成混合液,然后在快速搅拌下滴加N aOH 射线衍射测定采用日本理学Dmax—B 射线衍射仪(日本理学公司) 2s步,速度5 3 絮凝实验用高岭土和去离子水配制实验水样。水样中高岭 土浓度为 500mgL 水温201, 水样中加入一定量的絮凝剂,在快速搅拌 (400rm 水样测定Φ电位。然后慢速搅拌、静置10m 清液用723型分光光度计测定浊度 4 Φ电位测定在WD- 9408B 型显微电泳仪上观测水样, 控制 粒子通过一个格的时间为10s, 连续观测沿正负方 向各10 个絮凝微粒迁移一个格所需要的累积时间, 计算胶粒的电泳速度,然后用下式计算Φ电 eat电位(单位: Γ—液体介质的粘度系数(单位: Ε0—真空的相对介电常数, Ε—液体的介电常数;%—电位梯度(单位: 在不同pH值条件 下对PSA 电中和能力的影响用去离子水把PSA 样品稀释40 aOH调节溶液的pH 然后测zeta电位值。通过测 定不同配比的PSA 絮凝剂颗粒表面zeta电位随pH 值的变化情况, 考察了铝、铁、硅摩尔比和碱化度B 电中和能力的影响,以zeta 电位值对pH 作图, 得铝、铁、硅摩尔比对zeta 电位的影响曲线如图1 可见,Zeta 电位正值更高处出现在pH 之间,此后随着pH 值的升高而逐渐降低, 在pH 图1 pH值与zeta 电位的关系 图2 投药量与zeta 电位的关系 Zeta电位均为负值。这是由于稀释作用和 pH 值升高所引起的A 盐水解程度的变化和形态的变化, 趋向于生成多核聚合羟基络离子和溶胶 。同时由于聚硅酸组分的存在,影响 了铝、铁水解沉淀物的zeta 电位, 且pH 值越大, 这种 影响也越明显, 因此聚硅酸铁随溶液pH 值的升高, 水解生成负电荷的聚硅酸根的能力就越大,因而对水 解析出沉淀物的zeta 电位的影响也就越大。 

在PSA 中当SiO2浓度和碱化度B 摩尔比的减小,絮凝剂的水解聚合形成 物所带电荷降低。这表明影响聚合铝铁絮凝剂的水解 聚合形成物的电荷主要是由于Fe 水解聚合速度快,且羟桥键在水解聚合过程中易向 氧桥键转化, 而导致电荷降低, 因此随Fe 所占比例的增加, PSA 絮凝剂的电荷量也相对降低,达到等当 点的pH 值也相应的向低pH 值方向移动。当PSA 聚硅酸比例不同时,也影响PSA 的zeta电位值。在 一定时,随聚硅酸含量 的增多, PSA 水解聚合形成物所带的电荷明显降低,这是因为聚硅酸根含量的增多虽然有利于PSA 合作用,但同时也引入了较多的硅酸根离子( SiO3 水解聚合产物的电荷降低。固定铝、铁、硅的摩尔比不变, 随着碱化度B 的增大,到达等电 点的pH 值稍向低pH 值方向移动。 l2(SO4) 及PSA带电特性和絮凝效 果的比较 PSA l2(SO4) 和PSA复合制成的, 通过 试验对比了这几种药剂单独使用时的絮凝除浊效果, 并测定了絮体颗粒的zeta 电位的变化。实验水样的 pH 其中SiO2 浓度为 15mgL Fe2(SO4) 的浓度均为0.5mo 金属离子浓度相等,并使PSA 溶液与PSA 中所含的SiO2 浓度一致。以zeta 电位值对投药量作图, 得到的 关系曲线如图2 所示。由图2 可见, 随着投药量的增 高岭土悬浮颗粒表面的zeta电位都有变化, 其中 l2(SO4 l2(SO4) 3水解产物的zeta 电位值上升幅度较小。因为 在水样的pH 的条件下,PSA 水解产物的zeta 电位较低, 所以与A l2 (SO4) 3、Fe2 (SO4) 均属于阳离子型絮凝剂,PSA 属于阴离子型絮凝剂, 此结果与文献 的报道是一致的。为了考察各类药剂的絮凝性能与电中和能力的相 互关系, 在相同实验条件下进行了絮凝除浊效果的比 较。以除浊效率对投药量作图, 得到投药量对混凝效果 的影响曲线, 如图3 所示。 

图3 投药量对除浊效果的影响 可见,PSA l2(SO4) 3和Fe2 (SO4) 而PSA效果差, 尤其在投 药量较少时特别明显。在实验中还发现, PSA 生成初级絮体的时间要比传统絮凝剂快的多, 这是因为传统 絮凝剂投入水中后, 一般是先水解聚合再加以吸附, 个过程不仅取决于溶液中金属离子(铝、铁等)浓度, 且对混合条件,如温度、pH 值、配位体浓度、种类以及 反应时间等都十分敏感, 因此其水解生成物复杂多变, 对此已有研究与讨论 则有可能直接加以聚结吸附,发挥其更佳形态的电中 和及粘结架桥的性能。 实验发现, l2(SO4) 在水处理过程中表现出较好的电中和吸附脱稳作用, 形成的絮凝体体积大, 散易碎,沉降速度较慢; Fe2 (SO4) 沉降速度快,但絮凝体较小, 卷扫作用差, 处理后水 的色度较深, 影响处理总效果。PSA 并克服了各自的缺点,是一种性能优良的新型无机 高分子絮凝剂。 射线衍射分析为了初步了解PSA 的结构特征,对样品进行了 射线衍射分析,实验结果如图4 不存在硫酸铝、硫酸铁等物质的衍射峰,因此可以证明A 的情况下,则必定会在样品干 燥过程中结晶析出, 而在图谱上出现相应的衍射峰, SO4)3和Fe2 的机械混合物的X射线衍射 图谱。由图可看出, 在这种条件下并没有形成共聚物, 而只是各自的简单叠加, 因此具有明显的衍射峰。众所 周知, 硅酸的聚合是由相邻硅酸分子上的羟基缩水而 引起的, 这种缩聚反应可以形成链状分子、环状分子, 直至发展生成为三维立体型分子而出现凝胶化, 可以 推测正是由于A 与链状、环状大分子端基氢氧根之间的络合作用, 而大大减缓了硅酸的凝胶化过 水解产物的zeta电位值, 随着A 摩尔比的减小以及聚硅酸的浓度和碱化度B 的增加,PSA 水解产物达到等电点的pH 值向低pH 值方向移动。 在较高pH值范围内, 在zeta 电位值为负 值的情况下仍能发挥良好的絮凝除浊性能, 这说明 PSA 已参加了反应, 与聚硅酸共同形成了无定形聚合物, 阻碍硅酸 的进一步聚合, 延缓其胶凝的时间

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