專利名稱：一種聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵絮凝劑的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的合成方法，屬于化學(xué)合成領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著城市人口的集中和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，水體的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益突出。富營(yíng)養(yǎng)化的水體導(dǎo)致藻類爆發(fā)、使水體缺氧，氮和磷是引起藻類大量繁殖的主要因素，而且飲用水中的氮磷易被硝化細(xì)菌利用生成亞硝酸鹽，而含較高濃度亞硝酸鹽的自來(lái)水被人體飲用后，將對(duì)人體健康產(chǎn)生極大的危害。目前，無(wú)論是污水排放還是回用，國(guó)家嚴(yán)格控制污水中氮、磷排放標(biāo)準(zhǔn)，水源水更為嚴(yán)格，然而，對(duì)低濃度的氮、磷高效去除(濃度<8mg/L)比較困難。中國(guó)專利CN101003390提出了一種以工業(yè)酸洗廢液和氧化鐵皮為主要原料，利用高剪切設(shè)備，制備穩(wěn)定的聚硅酸氯化鐵無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，投資少，充分利用工業(yè)廢料，具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，在自來(lái)水給水凈化處理中應(yīng)用效果優(yōu)于聚合氯化鐵、氯化鐵等其他含鐵絮凝劑，但產(chǎn)品鹽基度小，適用的溫度范圍窄，對(duì)降低氮、磷的含量效果不明顯。杜鵑等人提出了一種納米聚硅酸硫酸鋁鐵絮凝劑的制備方法，該方法以聚硅酸、硫酸鐵、硫酸鋁為原料，加入一定量的硬脂酸鈉表面活性劑，經(jīng)超聲波粉碎得到納米聚硅酸硫酸鋁鐵絮凝劑。該絮凝劑依靠納米粒子的特殊性質(zhì)，增強(qiáng)了絮凝劑的比表面積，達(dá)到高效、環(huán)保、低投加量的目的，對(duì)于低溫低濁的廢水具有良好的去濁效果，COD的去除率達(dá)到95.68%，色度的去除率達(dá)到93.4%，但該合成工藝步驟繁瑣，經(jīng)濟(jì)成本較大，適用的廢水的溫度范圍較窄，對(duì)于氨氮含量去除效果不明顯。王成金等人通過(guò)共聚法與復(fù)合法制備了聚硅酸鋁鐵絮凝劑，具有分子量大、帶電荷多、適用范圍廣、環(huán)保，對(duì)濁度、色度、COD等指標(biāo)的去除具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但是制備的產(chǎn)品的純度不高、穩(wěn)定性差、保存時(shí)間較短，對(duì)于低濃度氮磷去除率只達(dá)到85%。王濤等人針對(duì)城市污水氮磷濃度較低的特點(diǎn)，結(jié)合城市污水處理旁路污泥減量的技術(shù)，探索利用了鳥(niǎo)糞石結(jié)晶沉淀法回收污水中的氮磷，通過(guò)鳥(niǎo)糞石沉淀 反應(yīng)，磷去除率可達(dá)50 % 75 %，氮去除率最高可達(dá)51 %。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于在廢水凈化處理方面取得一定的成就，對(duì)濁度、色度、COD等指標(biāo)的去除具有明顯的效果，但在降低水體中低濃度氮磷含量方面仍有一定的局限性。因而，探究一種新型的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，適用低溫低濁的水體中，降低N、P含量，在水質(zhì)處理中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)城市污水中低濃度氮磷高效去除率的技術(shù)不足，提供了一種聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵的合成方法，該絮凝劑制備工藝簡(jiǎn)單，引入的納米SiO2，使該分子呈網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，具有一定空隙，使水體中低濃度的氮磷與該絮凝劑迅速形成絮體；一小部分磷轉(zhuǎn)化為不可溶解磷酸鹽沉淀去除，達(dá)到真正的脫氮除磷。本發(fā)明所采用的原料為:六水合硫酸鐵氨、過(guò)氧化鋅、四硼酸鈉、納米二氧化硅，以過(guò)氧化氫為氧化劑，控制pH = 8 10的堿性環(huán)境，合成一種聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵絮凝齊U，其最大的特點(diǎn)在于能有效降低低溫低濁水體中N、P的含量。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的合成方法，該方法采用六水合硫酸鐵氨、過(guò)氧化鋅、四硼酸鈉、納米二氧化硅為原料，以過(guò)氧化氫為氧化劑，以氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH = 8.0 10.0堿性環(huán)境下反應(yīng)，其中，六水合硫酸鐵氨7 10g，2 5g過(guò)氧化鋅，四硼酸鈉6 8g, I 2g納米SiO2。本發(fā)明中聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵的合成過(guò)程:
(1)稱取六水合硫酸鐵氨7 10g，加入80 IOOmL蒸餾水溶解，置于250mL三口燒瓶中，加入2 5g過(guò)氧化鋅,0.2mol/LHCl溶液10 15mL,攪拌,升溫至50 55°C ；
(2)加入0.5mol/L H2SO4 15 20mL,繼續(xù)攪拌，升溫至60 65°C，加入四硼酸鈉6 8g,攪拌,反應(yīng)I 2h后,停止·加熱；
(3)待溫度冷卻到30 320C，加入20%H2O2溶液20 25mL,攪拌，反應(yīng)30 40min,加入0.1moI/LNaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 8.0 10.0，靜置；
(4)將制備得到的上述溶液置于250mL圓底燒瓶中，投加I 2g納米SiO2，在磁力攪拌器下攪拌4 5h，溫度控制在60 65°C，直至液體出現(xiàn)粘稠，反應(yīng)停止；
(5)將所得到的溶液置于真空干燥箱中，溫度控制在105 110°C，連續(xù)干燥20 24h，獲得產(chǎn)品。本發(fā)明制備得到的聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵絮凝劑，其特征在于，外觀為白色或淡黃色粉末狀固體，易溶于水，聚合度大于90 %，水解程度很低，鹽基度可達(dá)50 % 75 %。本發(fā)明制備得到的絮凝劑，引入了 Si02、Zn，使得該產(chǎn)品分子形成網(wǎng)絡(luò)狀小顆粒，提高了絮凝速率，增強(qiáng)塑化效果，增強(qiáng)了對(duì)水體的凈化能力。將該絮凝劑按質(zhì)量比為0.5% 1.0% (基于水體的質(zhì)量)比例加入低溫低濁含N、P量高的水體中，N、P的去除率可達(dá)95%以上。本發(fā)明的有益效果是:
(1)抗鹽性好；
(2)尤其適用于低溫低濁、含N、P量高的水體，N、P的去除率均可達(dá)95%以上。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所采用的原料為:
六水合硫酸鐵氨、過(guò)氧化鋅、四硼酸鈉、納米二氧化硅，以過(guò)氧化氫為氧化劑，控制pH=8 10的堿性環(huán)境，合成一種聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵絮凝劑，其最大的優(yōu)勢(shì)在于能有效降低低溫低濁水體中N、P的含量，N、P的去除率均可達(dá)95%以上。本發(fā)明具體合成步驟:
(1)稱取六水合硫酸鐵氨7 10g，加入80 IOOmL蒸餾水溶解，置于250mL三口燒瓶中，加入2 5g過(guò)氧化鋅,0.2mol/LHCl溶液10 15mL,攪拌,升溫至50 55°C ；
(2)加入0.5mol/L H2SO4 15 20mL,繼續(xù)攪拌，升溫至60 65°C，加入四硼酸鈉6 8g,攪拌,反應(yīng)I 2h后,停止加熱；
(3)待溫度冷卻到30 320C，加入20%H2O2溶液20 25mL,攪拌，反應(yīng)30 40min,加入0.lmol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 8.0 10.0，靜置；
(4)將制備得到的上述溶液置于250mL圓底燒瓶中，投加I 2g納米SiO2，在磁力攪拌器下攪拌4 5h，溫度控制在60 65°C，直至液體出現(xiàn)粘稠，反應(yīng)停止；
(5)將所得到的溶液置于真空干燥箱中，溫度控制在105 110°C，連續(xù)干燥20 24h，獲得產(chǎn)品。實(shí)例I
稱取六水合硫酸鐵氨7g，加入80mL蒸餾水溶解,置于250mL三口燒瓶中，加入2g過(guò)氧化鋅，0.2mol/L HCl溶液IOmL,攪拌，升溫至50°C，加入0.5mol/L H2SO4 15mL,繼續(xù)攪拌，升溫至60°C，加入四硼酸鈉6g，攪拌，反應(yīng)Ih后，停止加熱，待溫度冷卻到30°C，加入20% H2O2溶液20mL，攪拌，反應(yīng)30min，加入0.lmol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 8，靜置。將制備得到的上述溶液置于250mL圓底燒瓶中，投加Ig納米SiO2，在磁力攪拌器下攪拌4h，溫度控制在60°C，直至液體出現(xiàn)粘稠，反應(yīng)停止。將所得到的溶液置于真空干燥箱中，溫度控制在105°C，連續(xù)干燥20h，獲得的產(chǎn)品為淡黃色粉末，鹽基度為50%，把該合成產(chǎn)品按質(zhì)量比為0.5%的量加入到氨氮含量為12mg/L、磷含量為2mg/L的低溫低濁水體中，攪拌、靜止沉淀后，取上清液測(cè)定，氨氮含量為0.5mg/L，磷含量為0.lmg/L，水體中N、P的去除率均可達(dá)95%以上。實(shí)例2
稱取六水合硫酸鐵氨8g，加入85mL蒸餾水溶解,置于250mL三口燒瓶中，加入3g過(guò)氧化鋅，0.2mol/L HCl溶液12mL,攪拌，升溫至52°C，加入0.5mol/L H2SO4 16mL,繼續(xù)攪拌，升溫至62°C，加入四硼酸鈉6.5g，攪拌，反應(yīng)Ih后，停止加熱，待溫度冷卻到30°C，加入20 %H2O2溶液22mL，攪拌，反應(yīng)30min，加入0.lmol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 9，靜置。將制備得到的上述溶液置于250mL圓底燒瓶中，投加1.5g納米SiO2，在磁力攪拌器下攪拌4.5h，溫度控制在62°C，直至液體出現(xiàn)粘稠，反應(yīng)停止。將所得到的溶液置于真空干燥箱中，溫度控制在105°C，連續(xù)干燥22h，獲得產(chǎn)品為淡黃色粉末，鹽基度為56%，把該合成產(chǎn)品按質(zhì)量比為0.7%的量加入到氨氮含量為20mg/L、磷含量為5mg/L的低溫低濁水體中，攪拌、靜止沉淀后，取上清液測(cè)定，氨氮含量為0.5mg/L，磷含量為0.lmg/L，水體中N、P的去除率均可達(dá)98%以上。實(shí)例3
稱取六水合硫酸鐵氨9g，加入90mL蒸餾水溶解,置于250mL三口燒瓶中，加入4g過(guò)氧化鋅，0.2mol/L HCl溶液13mL，攪拌，升溫至54°C，加入0.5mol/L H2SO4 18mL,繼續(xù)攪拌，升溫至65°C，加入四硼酸鈉7g，攪拌，反應(yīng)2h后，停止加熱，待溫度冷卻到32°C，加入20% H2O2溶液24mL，攪拌，反應(yīng)40min，加入0.lmol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 9，靜置。將制備得到的上述溶液置于250mL圓底燒瓶中，投加2g納米SiO2，在磁力攪拌器下攪拌5h，溫度控制在63°C，直至液體出現(xiàn)粘稠，反應(yīng)停止。將所得到的溶液置于真空干燥箱中，溫度控制在108°C，連續(xù)干燥22h，獲得產(chǎn)品為白色粉末，鹽基度為67 %，把該合成產(chǎn)品按質(zhì)量比為0.6 %的量加入到氨氮含量為15mg/L、磷含量為3mg/L的低溫低濁水體中，攪拌、靜止沉淀后，取上清液測(cè)定，氨氮含量為0.5mg/L，磷含量為0.lmg/L，水體中N、P的去除率均可達(dá)96%以上。實(shí)例4稱取六水合硫酸鐵氨IOg,加入IOOmL蒸懼水溶解,置于250mL三口燒瓶中，加入5g過(guò)氧化鋅，0.2mol/L HCl溶液15mL，攪拌，升溫至55°C，加入0.5mol/L H2SO4 20mL,繼續(xù)攪拌，升溫至65°C，加入四硼酸鈉8g，攪拌，反應(yīng)2h后，停止加熱，待溫度冷卻到32°C，加入20 %H2O2溶液25mL，攪拌，反應(yīng)40min，加入0.lmol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 10，靜置。將制備得到的上述溶液置于250mL圓底燒瓶中，投加2g納米SiO2，在磁力攪拌器下攪拌5h，溫度控制在65°C，直至液體出現(xiàn)粘稠，反應(yīng)停止。將所得到的溶液置于真空干燥箱中，溫度控制在110°C，連續(xù)干燥24h，獲得產(chǎn)品為白色粉末，鹽基度為75 %，把該合成產(chǎn)品按質(zhì)量比為0.5 %的量加入到氨氮含量為17mg/L、磷含量為4mg/L的低溫低濁水體中，攪拌、靜止沉淀后，取上清液測(cè)定，氨氮含量為
0.6mg/L，磷含量為0.lmg/L，水體中 N、P的去除率均可達(dá)97%以上。
權(quán)利要求
1.一種聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵絮凝劑的合成方法，其特征在于:該方法采用六水合硫酸鐵氨、過(guò)氧化鋅、四硼酸鈉、納米二氧化硅為原料，以過(guò)氧化氫為氧化劑，合成一種無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵絮凝劑的合成方法，其特征在于具體制備過(guò)程為: (1)稱取六水合硫酸鐵氨7 10g，加入80 IOOmL蒸餾水溶解，置于250mL三口燒瓶中，加入2 5g過(guò)氧化鋅,0.2mol/L HCl溶液10 15mL,攪拌，升溫至50 55°C ； (2)加入0.5mol/L H2SO415 20mL，繼續(xù)攪拌，升溫至60 65°C，加入四硼酸鈉6 8g,攪拌,反應(yīng)I 2h后,停止加熱； (3)待溫度冷卻到30 320C，加入20%H2O2溶液20 25mL,攪拌，反應(yīng)30 40min,加入0.1moI/LNaOH溶液調(diào)節(jié)pH = 8.0 10.0，靜置； (4)將制備得到的上述溶液置于250mL圓底燒瓶中，投加I 2g納米SiO2，在磁力攪拌器下攪拌4 5h，溫度控制在60 65°C，直至液體出現(xiàn)粘稠，反應(yīng)停止； (5)將所得到的溶液置于真空干燥箱中，溫度控制在105 110°C，連續(xù)干燥20 24h，獲得產(chǎn)品 。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種聚納米二氧化硅硼酸鋅鐵絮凝劑的合成方法，該方法采用六水合硫酸鐵氨、過(guò)氧化鋅、四硼酸鈉、納米二氧化硅為原料，以過(guò)氧化氫為氧化劑，在pH＝8.0～10.0、溫度為60～65℃條件下聚合反應(yīng)6～8小時(shí)，制備得到一種無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。本發(fā)明與傳統(tǒng)聚鋁鐵無(wú)機(jī)高分子絮凝劑相比，具有抗鹽性好，尤其對(duì)于低溫低濁水體中低濃度氮、磷物質(zhì)的去除，其去除率均可達(dá)99.9％以上。
文檔編號(hào)C02F1/52GK103159306SQ20111041636
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者雷春生, 王桂玉 申請(qǐng)人:常州友邦凈水材料有限公司