聚硅酸铝铁的制备及在废水处理中的应用.pdf

第42卷第1期
化工技术与开发
Vol 42 No
203年1月
Technology Development of Chemical Industr
Jan.2013
环保与?废利用
聚硅酸铝铁的制备及在废水处理中的应用
续丽丽,李巧玲,张文明,刘晓霞,李洪刚,万郁楠,武润平
(中北大学理学院化学系,山西太原030051)
摘要:以粉煤灰为主要原料,碳酸钠为助溶剂,制备聚硅酸铝铁絮凝剂。对碳酸钠焙烧前后的粉煤灰进行了
X射线衍射分析,并对铝铁浸出率进行了研究,对产品的最佳用量进行了确定。在最佳用量下,产品处理废水BOD
COD、色度、浊度的去除率分别能够达到76.47%、78.74%、82.79%、70.31%。
关键词:粉煤灰;聚硅酸铝铁;絮凝剂;生活污水
中图分类号:X703
文献标识码:A
文章编号:1671-990562013)01-003703
粉煤灰也称飞灰,是燃煤电厂和燃煤锅炉排出铁含量)。
的固体废弃物。我国每年排放的粉煤灰约1.6亿t,
表1粉煤灰的主要成分
其利用率仅为41.7%左右,因而不断提高粉煤灰的成分%Si0,Al202 TFE Ca0MgOK,0Po, Mno Na20
综合利用率,使其变废为宝,在节约土地和环境保护
含量44.3030.015.292.480.760.600.160.160.04
方面意义深远。近年来,粉煤灰在废水治理中的应1.3碳酸钠为助溶剂制备聚硅酸铝铁絮凝剂
用与研究越来越多,并取得了一定的成就,形成了以
将2g粉煤灰装在蒸发皿中,置于马弗炉内,以
废治废的良性循环。众所周知,铝盐絮凝剂的特碳酸钠为助溶剂在温度880℃下焙烧活化1.5h。在
点是形成的絮体大,有较好的脱色作用,但絮体松散高温下,粉煤灰中的硅、铝、铁与纯碱发生固相反应
易碎,沉降速度慢;铁盐絮凝剂的特点是形成的絮体打开Al-S键,生成可溶性硅酸盐和铝酸盐,生成复
密实,沉降速度快,但絮体较小,卷扫作用差,经过处合固态焙烧产物(初级产品)。在初级产品中加入浓
理后水的色度较深,因此结合两者的优点制备出度为30%的盐酸,在温度105℃下进行酸浸,进而将
的聚硅酸锠铁絮凝剂越来越受到研究者的关注。
其溶于酸生成活性硅酸、铝盐和铁盐复合物,加入微
量的氯化铁,调pH为1.5左右,静置1d后,即得到陈
实验部分
化后为橘红色的聚硅酸铝铁絮凝剂液体。此法采
1实验仪器及药品
用一步酸浸的工艺,简单易行。实验原理如下
试剂:粉煤灰(取自太原市二电厂),试验用废水
(1)在粉煤灰中加人一定量的纯碱,在适当温
(取自上兰村生活污水渠),浓盐酸、无水碳酸钠、氯度下焙烧,发生下列反应
化铁、氟化钠均为分析纯;蒸馏水为实验室自制
Al20 2si0 +3NA,2CO 2NA, Si0,+2NAAL02 +3CO
仪器:751型紫外可见分光光度计;ARL型X
粉煤灰中的Si和M在高温焙烧后转化成
射线荧光光谱仪;81-2型恒温磁力搅拌器;ZKYY-Na2SiO3和 NAALO2
21型油浴锅;马弗炉;5B-3B(H型COD多元速测仪,
(2)用盐酸将焙烧产物酸浸,可发生如下化学
LRH-150型智能生化培养箱。
反应
1.2粉煤灰成分分析
Na, Si0; +2#CI+ H2 0-H S104+ 2NACI
实验所用粉煤灰其主要成分见表1(数据由太
NAALO, +4HCE- NACI + Alcl+ 2H,0
钢技术中心检测得到),灼烧失重10.04%(IFE为总
Na2SiO3和盐酸反应,生成HSi04, NAAIO2和盐
基金项目:山西省留学基金(2011-071),山西省自然基金(2009109-3)
作者简介:续丽丽(1985-),在读硕士,主要研究方向:无机纳米材料在催化领域的应用,电话:18734135486,E-mil: yishen590163.
om
通讯联系人:李巧玲,电话:13835151735,Emal:qiaoling@l63.com
收稿日期:2012-10-17
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化工技术与开发
第42卷
酸反应,生成AlCl3
石 Naalsio4及具有霞石结构的(Na2O)b3 NAAISIO4、
(3)聚合反应
Na1xsA1Ss2,它们是易被酸浸出的结晶物相,因
硅酸的聚合主要是通过硅酸分子和硅酸正离子此可以达到提高浸出率的目的。
间羟联反应来实现。这时的溶胶带正电,而且是可
逆的,在强酸下可保持长期稳定的溶液状态。
A: 3A1,0 2S10
用强碱溶解细灰以打开S-键,首先将硅溶
600?
B
出,残渣的矿物结构发生变化。粉煤灰颗粒内部硅氧
四面体出现空白,再用强酸浸取,A203即被部分溶出。
强碱浸出的硅酸钠在酸性条件下聚合,可得聚硅酸
B
A:(Na2Oん NAAISIO
酸浸取粉煤灰残渣所得的A1、Fe混合液在特定条?300
件下按一定比例共聚即得聚铁铝硅絮凝剂。
1.4絮凝试验
实验所用的废水来自上兰村生活废水。原样废
Mlwiwuhalwaw
水的浊度为64NTU,色度为68度,COD值246.34
mg?(L氧)';BOD值为357mg?L氧)。以蒸馏
图1原料粉煤灰(a)与焙烧后的粉煤灰(b)的XRD谱图
水为基准,生活废水的透光率为5%
取生活废水250mL,加入自制的聚硅酸铝铁絮2.1.2碳酸钠对铝铁浸出率的研究
以铝铁浸出率为指标,用不同摩尔配比的
凝剂,在揽拌速度为100r·min时,搅拌2min,静
Na2CO2和SO2量来研究其对铝铁浸出率的影响,实
置沉淀后,取上清液测定处理过的污水各项指标。
验结果见表2、3及图2
1.5分析方法
表2Na2CO3助溶剂的配比
用滴定分析法测定铝铁离子的浸出率;使用
序号
751型紫外可见分光光度计在450nm处测定废水透
Na2CO√SiO2
0.20.3
光率;使用LRH-150型智能生化培养箱测定BOD
Na2coy/g
3.184.776.3679515.9
去除率;使用5B-1型COD快速测定仪测定污水的
表3滴定结果
COD值;废水浊度采用吸收光谱法测定;色度的测
a/Sio
0.2
0.3
0.4
0.5
1.0
定用铂钴比色法测定
Mi/ml
12.0512.2512.521.7012.36
V/ml
2.262.352.132.842.62
2结果与讨论
滤液体积mL7679
2.1助溶剂碳酸钠对产品的影响
AP“浸出率%29.1931.5531.4937.6536.51
Fe浸出率/%61.0851.3554.2453.2036.80
2.1.1对粉煤灰、碳酸钠焙烧改性后的粉煤灰的
XRD对比分析
A1浸出率
对原料粉煤灰和粉煤灰焙烧产物进行ⅹ射线
一Fe3浸出率
衍射分析,XRD图谱见图1。从图1(a)可见,原
050
料粉煤灰的主要物相是莫来石3Al2O3·2SiO2和