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无机高分子絮凝剂资料

锌系无机高分子絮凝剂的研究进展

第37卷第1期

2008年1月

化工技术与开发

Technology&DevelopmentofChemicalIndustry

V01.37No.1

Jan.2oo8

锌系无机高分子絮凝剂的研究进展

吴彦瑜,陈文纳

（广西师范学院化学系,广西南宁530001）

摘要:

对锌系无机高分子絮凝剂的应用研究及絮凝基础理论的研究进展进行了简要介绍,并对研究方面的

不足进行了探讨.

关键词:

锌系;无机高分子絮凝剂;进展

中图分类号:

TQ314.253文献标识码:

A文章编号:

1671—9905（2008）01.003404

从国内外情况来看,无机高分子絮凝剂的发展

趋势是由单一型到复合型.由于复合型絮凝剂大多

数除具有优良的絮凝性能外,还具有杀菌,脱色,缓

蚀等多种功能,高效复合型絮凝剂的研制与开发逐

步成为当前絮凝剂研究的热点.预期,复合型絮凝

剂今后将逐步单独形成一个系列加以研究.就组分

看,目前无机复合型高分子絮凝剂大致可以归纳为:

金属离子（“,Fe¨,Ca2,Mg,Zn2等）复合

型,酸根复合型,以及上述两类之综合…1.无机高

分子絮凝剂是在聚合氯化铝,聚合硫酸铁的基础上

引入高电荷离子,羟基等,以提高絮凝剂的聚合度以

及加入不同金属离子等复合型絮凝剂为其研究方

向.在水处理系统中,锌盐是一种常用的,极好的缓

蚀剂,它成膜迅速,成本低【2~3],因此,近两年出现

的新型含锌絮凝剂,具有安全无毒,无腐蚀等优点,

成为研究的一个热点.

1应用研究

无机高分子絮凝剂具有絮凝效果好,价格低廉

的优点,在美国,日本,西欧等国家生产已经达到工

业化和规模化.聚铝类和聚铁类高分子絮凝剂目前

研究较少,复合型和硅酸盐金属类高分子絮凝剂成

为研究热点,其中含锌化合物是一个重要方向.

杜杰,张诚等在聚硅酸铁的基础上引入改性剂

硫酸锌和稳定助剂四硼酸钠制备了新型絮凝剂含硼

聚硅酸硫酸铁锌絮凝剂（PS）,并将PAC,PFC

和PSFZB应用于造纸废水,比较了它们的絮凝效

果,结果表明,PSFZB絮凝剂对造纸废水有优异的

除浊,脱色和除COD性能,比传统的无机絮凝剂

PAC,PFC要好得多J.刘和清,汪凤珍等人,在聚

收稿日期:

2007.06—13

硅酸溶液中加入适量的zn2离子,获得一种新型的

无机高分子絮凝剂聚硅酸锌絮凝剂（PSAZ）.并用

聚硅酸锌絮凝剂（PSAZ）与铝系列絮凝剂处理相同

的浑浊水样,结果表明,当絮凝剂用量相同时,其相

对吸光度（）远远低于铝系列絮凝剂,具有用量

少,沉降速度快,絮凝效率高等优点.刘和清,袁天

佑等将聚硅酸锌絮凝剂应用在制糖工业,饮用水处

理和工业废水上,证明该絮凝剂具有絮凝沉降快,澄

清效果好,沉淀物含水率低,处理费用低等优点,可

用作饮用水净水剂,甘蔗制糖澄清剂以及制革,淀

粉,造纸,发电等工业废水的水处理剂.在pH---8～

12的范围内,絮凝效果优于传统的铝系,铁系两类

絮凝剂.

制糖工业:

在某亚硫酸法糖厂中,用聚硅酸锌絮

凝剂代替磷酸进行混合汁清净处理,具有优良的澄

清效果.实验表明,在甘蔗混合汁中加入蔗汁比

0.02%～0.03%重量的聚硅酸锌溶液,硫熏强度

1.5g?

dm～,中和pH=6.8～7.0,再经二次加热,

沉降出来的清汁,起重力纯度提高1.5%～2.0%,

电导灰分下降0.5%～1.0%,整体清净效率提高

10%左右.此外,泥质颗粒粗大结实,体积减少近

1/3,有效减少了糖份损失.预估每万t甘蔗新增效

益达15--20万元.

饮用水处理中,聚硅酸锌絮凝剂的除浊率高于

碱式氯化铝,水中溶解性总固体的含量也显着提高.

同时,由于絮凝颗粒大,沉降快,污泥含水率低,有利

于后续污泥的分离,适合于快速沉降器的使用.从

水处理成本比较,聚硅酸锌与碱式氯化铝持平略低.

工业废水上,用聚硅酸锌处理某制革厂废水,

COD去除率达80%以上,浊度去除率达99%,分别

第1期吴彦瑜等:

锌系无机高分子絮凝剂的研究进展35

比聚合硫酸铁高6%和9%以上.而且用聚硅酸锌

处理后水质澄清,色泽淡黄至无色,可以回用.在某

电厂冲灰水处理中,在700度浊度的电厂废水中加

入聚锌盐絮凝剂0.29’00,其去浊率达到98%以

上[5-8].李昌花,陈斌等以工业水玻璃为主要原料

制备了新型无机高分子絮凝剂硅钙复合型氯化铝镁

锌（SCPAMZC）,并对其性能进行了研究.研究结

果表明,SCPAMZC絮凝剂的最佳制备条件为:

活化

pH值为2～4,Mg/Zn和Ca/Zn为1,sith/A1为1/

0.7,Mg/SiO2为0.3.经过SCPAMZC处理的印染

废水,脱色率达到95%,脱色效果优于PASS和

PAC絮凝剂:

用于生活污水处理,COD去除率达

87%,而且处理过程中形成的矾花粗大密实,沉降速

度快J.谭承德,刘和清等人通过研究聚硅酸锌

（PSAZ）絮凝剂在甘蔗澄清过程中阻力系数的变化,

筛选出不同的pH值,不同的硫熏强度和不同的絮

凝剂用量等实验条件下的最佳工艺条件,以探讨聚

硅酸锌絮凝剂对甘蔗澄清过程中过滤的性能.研究

结果表明,聚硅酸锌絮凝剂具有价格低廉,操作简便

且好过滤的良好特点【10J.范文玉,仇兴华等人以硅

酸钠,硫酸锌,硫酸铝为原料制备聚硅酸硫酸铝锌絮

凝剂,并研究了聚硅酸硫酸铝锌絮凝剂的絮凝性能

和对不同废水的处理效果,结果表明对于不同种类

废水均有很好的除浊效果和令人满意的COD去除

率[“J.卢政明采用向聚硅酸溶液中引入金属离子

的方法制备了聚硅酸锌（PSAZ）与聚硅酸铝（PSAA）

2种聚硅酸盐类无机高分子絮凝剂[12].许巍在一

定浓度的硅酸钠溶液（按SiO2计）中同时引入铁,锌

2种金属离子,在酸性条件下聚合,制备了新型水处

理药剂聚硅酸硫酸铁锌（PFZSS）.并通过比较

PFZSS与聚硅酸硫酸铁铝（PFASS）,聚硅酸硫酸铁

（PFSS）,聚硅酸硫酸铝（PASS）,聚硅酸硫酸锌

（PzSS）等药剂的絮凝效果,脱色效果,除油效果和

聚硅酸硫酸铁锌处理餐饮废水应用实验,得出结论:

PFZSS不仅具有吸附架桥和静电中和作用,还能同

时发挥铁,锌絮凝剂的优点,而且主要生产原料铁盐

和锌盐来源广泛,价格低廉,具有很大的发展潜

能u3l.杜杰,张诚等制备了含硼聚硅酸硫酸铁锌复

合絮凝剂（PS）,并研究了硅酸钠溶液浓度,硅酸

聚合时间,Fe/Si,Zn/Si,B/Si等因素对絮凝效果的

影响,通过正交试验确定最佳制备工艺条件.试验

结果表明,研制的PSFZB絮凝剂具有很好的稳定性

和较佳的处理效果,适用的pH范围广,是一种较

PAC,PFC优良的絮凝剂u引.郑敏通过向聚硅酸铁

絮凝剂中加乙酸锌,硫酸锌,硝酸锌和氯化锌来考察

它们对无机高分子絮凝剂的影响,得出结论:

4种锌

盐中,乙酸锌对PFSS的絮凝性能影响效果较好,硫

酸锌次之,硝酸锌和氯化锌的使用效果最次.而乙

酸锌和硫酸锌联合使用对PFSS絮凝性能影响效果

最好[15J.甘莉,孟召平采用在高模数水玻璃溶液中

加入酸的方法制备PS,再在PS中引入适量的金属

离子M（zn,Fe）得到无机高分子絮凝剂PZFSiC.

研究结果表明,PZFSiC保留了PS,Zn,Fe各自的优

点,处理效果优于常规药剂,除浊率高达98%,COD

去除率达93%,残余浊度已经符合国家出水水质标

准.在PZFSiC中zn和Fe都有较好的吸附电中

和,粘结架桥和卷扫作用,絮凝体中Fe的比例过小

时,Zn发挥较大作用;Zn比例过大时,Fe发挥较大

作用,絮凝效果均很好.但必须包含Fe以加快沉降

速度,同时Fe不能过大,否则会使絮凝出水颜色加

深.当PZFSiC中Zn和Fe物质的量比恰当时,协

同作用达到最佳,絮凝效果最好【I67I.

卢秋晓,黎莉研究了一种多功能复合锌系絮凝

剂,其净水效果好,功能多,成本低,适用范围广,无

毒害污染,无腐蚀氧化,储存稳定长久,有效成分可

以任意调节到较高浓度.而且该絮凝剂制作简单,

与高效脱色剂联合使用,能更好地处理印染废水,且

COD去除率高J.刘小兵用无机锌盐,无机酸化

剂,聚丙烯酰胺,稳定剂和水制备了一种多功能复合

絮凝剂.该絮凝剂效果好,适用废水范围广,无毒副

作用,而且能大幅度降低废水处理成本,出水达国家

排放标准H9I.杨骛远,钱锦文等制备了一种有机一

无机离子型杂化高效絮凝剂,其原料组成质量分数

为:

氢氧化物胶体0.5%～15%;丙烯酰胺50%～

95%;阳离子型单体0～45%.所述氢氧化物胶体

包括:

氢氧化铝,氢氧化铁,氢氧化镁,氢氧化锌,其

胶体粒径为10--200nm.所述阳离子型单体包括:

N,N.二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）或（甲基）

丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）.通过无机,有

机间的离子键合在带电荷的无机胶体微粒表面原位

聚合形成丙烯酰胺/阳离子单体共聚物制备有机.无

机杂化高效絮凝剂,充分发挥无机絮凝剂的电中和

及有机高分子的架桥作用,使其药效能协同发挥,形

成的絮体大而密实,絮体抗剪切性好,沉降速度快,

其絮凝效率显着提高,可减小药剂的投放量,大幅度

降低废水处理的成本,出水达到国家排放标

.@髓圈嘲_圜隔瞄E一

化工技术与开发第37卷

准[20川.沈荣明,金新华以硅酸钠,稀硫酸,硫酸

铝和硫酸锌为原料制备一种新型无机高分子絮凝剂

——

聚硅酸铝锌（PSAZ）,并实验了混凝除浊性能和

对印染废水的处理效果.结果表明,PSAZ具有良

好的混凝脱色能力,而且原料易得,合成方便,用于

处理印染废水,pH适用范围广,用量少,混凝效果

好L22].谭正德,龙有前等研制出一种锌系复合絮凝

剂,该絮凝剂净水效果好,成本低,无毒害,无污染,

无腐蚀性,储存稳定长久,有效成分可以任意调节,

能自然降解[23J.

2絮凝基础理论研究

随着现代科学技术的不断进步,以及众多实验

分析手段的运用,在锌系无机高分子絮凝剂的絮凝

基础理论研究领域,研究人员取得了一些进展.

从絮凝机理分析,锌系絮凝剂具有良好的絮凝

效果归根于它的链网状结构,在混凝过程中除了能

形成吸附作用较强的zn（oH）2及多核羟基配合物

外,还可同时发生电中和,吸附架桥和网捕3种功

能,并且由于金属盐,稳定助剂和聚硅酸的吸附络合

作用,具有较好的稳定性.单纯的聚硅酸铝絮凝剂

形成的链状结构不明显,在铝硅比较小的情况下溶

液中出现的多为大小不等的球形颗粒,但zn2的加

入有助于形成链网状结构,使絮凝剂在絮凝过程中

产生良好的絮凝吸附特性以及大分子的桥联卷扫作

用[11].刘和清,袁天佑等通过透射电镜观察聚硅酸

锌的结果表明:

聚硅酸锌是一种层状,链网状结构,

它不同于聚硅酸和含三价铝盐的聚硅酸铝絮凝剂.

后者呈现为球形立体网格机构.两者结构上的差异

导致两者絮凝效果明显不同,前者以吸附桥联卷扫

包裹为主,效果优于后者;后者以吸附为主,效果不

如前者【.

从絮凝热力学角度研究,为探讨混凝过程的热

力学机理,卢政明采用具有恒温环境的溶解一反应

量热计SRC-100测定了298K时聚硅酸锌与聚硅

酸铝在处理膨润土配制成的悬浮水样的混凝焓变及

本身在水溶液中的稀释焓变,计算出了絮凝剂与胶

体悬浮颗粒的相互作用能.结果表明混凝焓变是一

个很小的负值,在处理100mL浊度水样时其焓变

在5J范围内,相互作用能一般为正值.并采用均

匀设计法分析了各个因素对焓变的影响及本身可能

存在的交互作用,并且认为:

胶体悬浮颗粒与絮凝剂

分子相互作用直接生成絮凝体沉降下来,这是一个

化学反应过程.

从絮凝形态学角度,高立新,陈权等以聚硅酸

（PS）,硫酸锌为原料制备了系列无机高分子絮凝剂

PSZn,并通过测定其电荷特性,和采用Mo-Si逐时

络合比色法,分析了zn2对聚硅酸（）形态分布

的影响,并得出结论:

PSZn中Si是有效絮凝成分,

适量引入zn2对絮凝剂的相对分子质量影响不大,

主要影响的是3种硅的形态分布[5l.杜杰,张诚等

对聚铁PFC,聚硅酸PSA和含硼聚硅酸硫酸铁锌

PSFZB进行电泳实验,通过确定电动电位,并用X

射线衍射仪对PSFZB进行衍射分析,得出结论:

PS—

FZB絮凝剂并非简单的共混物,而是B,Fe3,Zn2

与聚硅酸共同形成了无定形聚合物.而且在熟化过

程中进行了结构调整,锌离子与聚硅酸进行络合,使

硅酸具有独特的网状结构,生成的聚硅酸颗粒能更

好地发挥吸附架桥,网捕作用.铁盐加入水中后,进

行水解一聚合反应,生成一系列多核羟基络离子.这

些络离子带有正电荷,对水中带负电荷的胶体和悬

浮物具有吸附和电中和作用.两种作用的相互配

合,提高了PSFZB的絮凝性能.刘和清,汪美凤等

通过扫描电镜技术观察了聚硅酸锌（P）和聚硅

酸铝（PSM）的凝胶结构特征,得出结论:

聚硅酸锌

絮凝剂的电镜特征是一种网状,层状结构,并随着金

属离子与二氧化硅摩尔比的增加,在一定范围内,

zn2与聚硅酸聚合成链网状结构的倾向增强[16].

3结论与展望

以上文献表明,现在我国的锌系无机高分子絮

凝剂研究主要集中在对聚硅酸类絮凝剂的研究,研

究类别还比较单一.而我们知道,多种金属离子

（A13+,Fe3,Zn2,Mg2等）的参与聚合,可以使多

元聚合物除具有单元无机高分子絮凝剂的共同优点

外,因异核金属离子的交错排列,能形成更长,更稳

定的分子链,包裹吸附更多的溶胶粒子.伴随着经

济发展和人们对良好环境的渴求,开发高效低毒多

功能絮凝剂势在必行.开发多种金属离子的锌系无

机复合高分子絮凝剂,将成为一个新的开发领域.

目前,我国在无机高分子絮凝剂的基本原理研

究方面,进行了一定的工作,有一些成果处于世界前

沿.但从事开发和生产的人员往往对基础研究重视

不够,热衷于尽快提出新品种付诸生产,水处理工业

应用中投加絮凝剂对质量和数量缺乏严格控制.由

上面文献我们也可以看到,絮凝基础理论研究内容

第1期吴彦瑜等:

锌系无机高分子絮凝剂的研究进展37●

还比较少,范围比较窄.实际上,在絮凝剂形态分布

及转化规律,生产工艺的流程与控制,投加使用的反

应过程和反应器,各个方面之间都有密切的相互关

系,对产品质量,应用效果和经济效益都有重要影

响.如何结合无机高分子絮凝剂的特征进行全面研

究和发展,尚存在许多问题[.因此,如何深入地

进行科学与技术基础研究,在絮凝作用机理,絮凝动

力学,絮凝形态学方面进行更多更深入的研究,使理

论和实际相结合,生产出高优性能的产品,建立达到

国际水平的生产网络,满足我国日益增长的生产和

环境污染治理的需求,成为我们研究的一个课题.

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（DepartmentofChemistry,GuangxiTeachersEducationUniversity,Nanning530001,China）

Abstract:

Theresearchadvancementofapplicationandflocculationtheorywasintroduced.Lacksofresearches

inthesefieldswerediscussed.

Keywords:

zincseries;inorganicpolymerflocculant;progress

@

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