基本信息
- 项目名称：
- 新型水处理剂APAC的制备及在废水处理中的应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- “新型水处理剂APAC的制备及在水处理中的应用研究”是在查阅大量文献的基础上，于2010年3月制定出实验方案，经过近半年的研究，实验已取得比较满意的结果。APAC是一种高效的新型环保絮凝剂，具有pH值适用范围大、投加量少、沉降速度快、处理效果好等优点。在给排水处理领域具有重要的推广应用价值和市场前景。利用原料价廉、储量丰富的凹凸棒石黏土作原料，为开发高附加值的凹凸棒水处理产品奠定基础。
- 详细介绍：
- 采用慢速滴碱法在合成聚合氯化铝的过程中加入改性凹凸棒，制备出了新型复合絮凝剂APAC。通过正交试验，确定了APAC的最佳反应条件是铝土质量比为2:1，反应温度70℃，AlCl3的浓度0.7mol/L,反应时间4h和盐基度85%。通过FTIR、TEM、SEM、EDS等测试手段，研究了APAC絮凝剂的组成、结构及表面形貌等。通过对生活污水的处理确定了APAC处理生活污水的最佳絮凝条件；当投加量为32mg/L，pH＝8时，浊度、CODCr的去除效果最好，去除率分别为99.82%和84.71％；残余铝的含量最低吗，为0.134mg/L.通过对含Ni2+、Cr(Ⅵ)废水的处理表明：APAC能够有效的去除水中的重金属离子，而且在相同的条件下，APAC的净水效果远好于PAC。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的： 合成一种无机杂化絮凝剂，将天然的纳米材料凹凸棒粘土矿物引入传统高分子絮凝剂聚合氯化铝中，通过化学键合制成一种无机杂化絮凝剂。 基本思路： (1)通过正交实验探索优化APAC制备的最佳工艺条件。 (2)通过先进的测试手段对APAC进行表征。 (3)通过处理模拟生活污水、重金属废水，确定APAC的最佳絮凝条件。
科学性、先进性及独特之处
- 聚合氯化铝具有较强的吸附、架桥、絮凝沉淀性能，而凹凸棒土独特的单元晶体结构赋予了其强大的物理吸附作用。依据协同增效的原理将聚合氯化铝与凹凸棒土复配制得一种新型高效的絮凝剂，这将是制备复合聚铝、铁类絮凝剂的新探索。APAC是一种高效的新型环保絮凝剂；与其他絮凝剂相比，其具有pH值适用范围大、投加量少、沉降速度快、处理效果好等优点。在给排水处理领域具有重要的推广应用价值和市场前景。
应用价值和现实意义
- 目前，在各种水处理中用量最大的是PAC。但是在实际生产过程中，PAC的絮凝架桥能力弱、出水混浊,难以保证处理效果。酸改性的凹凸棒石对无机阳离子吸附能力大大增加，可以用来处理重金属污染的废水和土壤。利用原料价廉、储量丰富的凹凸棒石黏土做为助凝剂，其具大的比表面积、极高的表面活性以及特有的三维硅石结构，将使絮凝剂分子的理化性能得到改善，为开发高附加值的凹凸棒水处理产品奠定基础。
学术论文摘要
- 采用慢速滴碱法在合成聚合氯化铝的过程中加入改性凹凸棒，制备出了新型复合絮凝剂APAC。通过正交试验，确定了APAC的最佳反应条件是铝土质量比为2:1，反应温度70℃，AlCl3的浓度0.7mol/L,反应时间4h和盐基度85%。通过FTIR、TEM、SEM、EDS等测试手段，研究了APAC絮凝剂的组成、结构及表面形貌等。通过对生活污水的处理确定了APAC处理生活污水的最佳絮凝条件；当投加量为32mg/L，pH＝8时，浊度、CODCr的去除效果最好，去除率分别为99.82%和84.71％；残余铝的含量最低吗，为0.134mg/L.通过对含Ni2+、Cr(Ⅵ)废水的处理表明：APAC能够有效的去除水中的重金属离子，而且在相同的条件下，APAC的净水效果远好于PAC。
获奖情况
- 本作品已被《环境工程学报》接收， 稿件编号为：201003018 计划在2011年7月出版
鉴定结果
- APAC是一种高效的新型环保絮凝剂，具有pH值适用范围大、投加量少、沉降速度快、处理效果好等优点。在给排水处理领域具有重要的推广应用价值和市场前景，为开发高附加值的凹凸棒水处理产品奠定基础。
参考文献
- [1] 李彦锋,杨艳.表面改性凹凸棒阳离子絮凝剂及其制备方法[P].中国专利:CN1872722, 2006-12-06 . [2] 李彦锋,杨艳.凹凸棒/聚丙烯酰胺纳米复合絮凝剂及其制备方法[P].中国专利:CN1884117, 2006-12-27 . [3] 夏德强,甘黎明,李影,等.复合絮凝剂聚合氯化铝-凹凸棒的理化性质研究[J]石化技术与应用, 2010,(05) . [4] 杨鹜远,钱锦文,沈之荃,等.氢氧化铝-聚丙烯酰胺杂化复合絮凝剂的合成与表征[J]高分子材料科学与工程, 2004,(01) . [5] 董申伟,李明玉,陈伟红,等. 聚合氯化铝的盐基度与混凝性能关系研究[J]工业水处理, 2007,(02) . [6] 夏德强,花发奇,付君善.复合絮凝剂APAC处理含镍废水的效果[J]材料保护, 2009,(09) . [7] 刘会娟,曲久辉,胡承志. 电化学合成的聚合氯化铝的形态特征[J]环境科学学报, 2003,(02) . [8] 阮复昌,郑冀鲁,范娟.一种超纯聚合氯化铝的制备及其pH值与盐基度的相关性研究[J]化学反应工程与工艺, 2000,(01) . [9] 阮复昌,莫炳禄,徐国想,等. 聚铝溶液pH值及盐基度的相关性研究[J]化学反应工程与工艺, 1999,(01) . [10] 柳怡,赵梦颖,邱凤仙. 聚合氯化铝的制备及处理污水的研究[J]化工时刊, 2009,(11) . [11] 李洁,鲁琛琛,李睿.改性聚合氯化铝絮凝剂的制备及性能研究[J]应用化工, 2009,(05) . [12] 赵艳,张冰如,李霞,等.聚合氯化铝的盐基度与水解形态[J]应用化学, 2004,(02) . [13] 章兴华,周丽芸,汤敏. 聚合氯化铝铁的红外光谱研究[J]光谱学与光谱分析, 2002,(01) .
同类课题研究水平概述
- 随着环保的需要，人们对絮凝剂的结构和性能提出了越来越高的要求，絮凝剂的研究和开发存在许多问题，如：多核无机高分子絮凝剂的生产成本高、产品存储稳定期短,使得MC-IPF很难产业化；无机一有机高分子絮凝剂联用在生产时，工艺复杂且难以控制；聚合铝类高分子絮凝剂功能单一，而且处理后的水体残余铝含量过高等，这就要求研制新型、价廉、环保、稳定的多功能高分子絮凝剂成为必然。因此研制高效高分子絮凝剂和多功能高分子絮凝剂，研究聚合物链结构与絮凝性能的关系，具有十分重要的意义，合成新型(结构)絮凝剂也成为必然。将目前最新的杂化物研究成果应用于污水处理剂的研制，是新型絮凝剂合成的一个新思路。 目前，国内外利用粘土进行废水处理研究主要集中在单独使用或与其他高分子絮凝剂混合使用以达到强化絮凝的目的。然而，这两种方式仅仅是将粘土和絮凝剂复配使用，并没有达到分子级别的复合，不能充分发挥纳米粒子的作用。本作品合成的是一种无机杂化絮凝剂，将天然的纳米材料—凹凸棒引入传统无机絮凝剂—聚合氯化铝中，通过化学键合制成一种无机杂化絮凝剂。由于粘土矿物具大的比表面积、极高的表面活性以及特有的三维硅石结构，使得絮凝剂分子的理化性能改善，促使絮凝剂很快搭桥形成矾花，并在其表面吸附污染物后沉淀分离去除。将粘土的吸附、脱色性能引入到有机絮凝剂中，将大大改善絮凝剂的理化性能。
