高Al,b含量的聚合氯化鋁和聚合硅鋁混凝劑的研究_圖文

1、原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下。獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的科研成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：蔓墼圭盈。期：沙了。專(zhuān)。關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留或向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。（保密

2、論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）論文作者簽名：趔羅師簽名：）至：日期：逖區(qū)礦山東大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要本文以氯化鋁、碳酸鈉、碳酸氫鈉、鋁酸鈣、硅酸鈉和鹽酸為原料，使用固固共混法制備高含量的聚合氯化鋁（，簡(jiǎn)稱(chēng)），通過(guò)復(fù)合法制備具有不同摩爾比和不同堿化度值（）的聚合硅鋁混凝劑（耐，簡(jiǎn)稱(chēng)）。對(duì)固固共混法制各高含量的實(shí)驗(yàn)室制備條件進(jìn)行了初步的確定，并對(duì)成品和的熟化過(guò)程進(jìn)行了較全面的研究然后采用多種化學(xué)分析方法及現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)對(duì)：和進(jìn)行了系統(tǒng)地比較研究：利用透射電境觀察研究了不同制備條件下和的結(jié)構(gòu)形貌差異；利用電位測(cè)定儀對(duì)和的電動(dòng)特性進(jìn)行了研究；采用逐時(shí)絡(luò)合比色法和核磁共振研究了和中鋁的形態(tài)分布；利用紅外光譜

3、對(duì)中硅酸與（）水解產(chǎn)物問(wèn)的相互作用進(jìn)行了分析表征；并用粒度測(cè)定儀分析了和的粒度分布；最后通過(guò)燒杯實(shí)驗(yàn)考察了產(chǎn)品的混凝性能在上述研究過(guò)程中研究了值、，摩爾比、制備方法等因素對(duì)和電動(dòng)特性、鋁的形態(tài)分布，中硅和鋁的相互作用、粒度分布和混凝性能的影響研究結(jié)果表明：固固共混法可以制備出較高濃度（）較高含量（）的，方法簡(jiǎn)單高效中的活化硅酸與鋁離子水解產(chǎn)物間存在一定的絡(luò)合作用，這種作用影響鋁離子的水解聚合過(guò)程和鋁的形態(tài)分布硅酸的加入對(duì)聚集體的結(jié)構(gòu)形貌，鋁的形態(tài)分布、和粒度分布和電動(dòng)特性都有一定的影響，其影響主要取決于摩爾比和?；炷Ч麑?shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與相比，具有更好的除濁、脫色效果。最后探討了的混凝機(jī)理，認(rèn)為

4、隊(duì)是通過(guò)吸附電中和和吸附架橋兩方面的作用起混凝作用的綜合研究結(jié)果表明，高含量的是一種新型、高效、無(wú)機(jī)高分子混凝劑關(guān)鍵詞：聚合硅鋁混凝劑）聚合氯化鋁（）制備熟化形態(tài)分布粒度分布電動(dòng)特性混凝效果山東大學(xué)碩士學(xué)位論文，（），舔他（）曲從，（），（），塢礙眥（）”乙，卵，：。口鷂，啪鼠，：，山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章引言本研究的目的和意義工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，人口劇增，人類(lèi)賴以生存的水資源日益貧乏水資源危機(jī)的問(wèn)題已越來(lái)越成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。為了節(jié)約水資源，提高水的利用率，減輕廢水對(duì)環(huán)境造成的污染，保持我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展局面，必須加強(qiáng)對(duì)工業(yè)廢水和生活污水的治理一目前廢水的處理有生化法、離子

5、交換法，吸附法，化學(xué)氧化法、電滲析法和混凝沉降法等多種方法，而其中應(yīng)用最普遍最廣泛，并且成本較低的處理方法仍然是混凝沉降法化學(xué)混凝法具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便，處理效率高、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于水和廢水處理。水處理劑是水處理過(guò)程中用量最大的產(chǎn)品，它在很大程度上決定著水處理技術(shù)與裝備的創(chuàng)新發(fā)展，設(shè)施與工業(yè)流程的簡(jiǎn)化、運(yùn)行費(fèi)用及水質(zhì)凈化的質(zhì)量由于無(wú)機(jī)混凝劑具有無(wú)毒（或微毒）、價(jià)廉、原料易得等多方面優(yōu)點(diǎn)，在混凝技術(shù)中占據(jù)極其重要的地位，一直得到廣泛的應(yīng)用聚合硅鋁混凝劑（，簡(jiǎn)稱(chēng)）是在聚硅酸和傳統(tǒng)鋁鹽混凝劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型復(fù)合型無(wú)機(jī)高分子混凝劑該混凝劑綜合了聚硅酸粘結(jié)聚集、吸附架橋效能強(qiáng)、鋁鹽電中和能

6、力強(qiáng)以及鋁鹽混凝劑絮體大，脫色性能好等優(yōu)點(diǎn)，較目前在水處理中廣泛使用的聚合氯化鋁（，簡(jiǎn)稱(chēng)）混凝劑在除濁、脫色、去除，和除油等方面都有更好的效果，因此可廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，另外，還可應(yīng)用于石油開(kāi)采、造紙、采礦、紡織印染、日用化工等領(lǐng)域本研究把原料來(lái)源廣，價(jià)廉、無(wú)毒的活化硅酸與廣泛使用的陽(yáng)離子型鋁鹽反應(yīng)復(fù)合工藝進(jìn)行了改進(jìn)，產(chǎn)品具有較強(qiáng)的吸附架橋能力和吸附電中和作用，其水處理效果得到了提高類(lèi)混凝劑的研制開(kāi)發(fā)是無(wú)機(jī)高分子水處理劑發(fā)展史上的一次進(jìn)步，具有較強(qiáng)的學(xué)術(shù)性和實(shí)用性，進(jìn)一步提高和完善其水處理作用是當(dāng)前研究的新課題。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文文獻(xiàn)綜述無(wú)機(jī)混凝劑的分類(lèi)根據(jù)常用無(wú)機(jī)混凝劑的組成、形態(tài)性能及

7、特征的不同，可分類(lèi)如表閣：表常用無(wú)機(jī)混凝劑類(lèi)名稱(chēng)分子式適用范圍用途型硫酸鋁（，）一混凝氯化鋁一混凝硫酸亞鐵混凝低分硫酸鐵（￥），混凝子氯化鐵混凝生石灰助凝純堿助凝聚合氯化鋁【（），】由混凝、脫水聚合硫酸鋁【（“】混凝、脫水高聚合硫氯化鋁【（），砬混凝，脫水，脫色分子聚合硫酸鐵【“）以】?；炷?、脫水、脫色聚合氯化鐵（）混凝，脫水活化硅酸混凝、脫水鋁鹽混凝劑的環(huán)境效應(yīng)盡管有較好的混凝效果，但它在使用中存在潛在問(wèn)題是它對(duì)生物體的影響目前有關(guān)鋁毒性問(wèn)題的研究主要在生物地球化學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行在水處理領(lǐng)域，對(duì)鋁鹽混凝劑的生物效應(yīng)的研究還很少，但含鋁污泥處置中鋁向天然水體的釋放已引起注意，概括起來(lái)有如下四方面的生

8、物效應(yīng)：對(duì)水生生物的毒性效應(yīng)；對(duì)植物體的毒性效應(yīng)；對(duì)人體的毒性效應(yīng)；對(duì)生物處理過(guò)程中微生物的毒性效應(yīng)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文正常人體含總鋁量是，每天從飲食中攝入鋁平均進(jìn)入胃腸道的鋁吸收率為，大部分隨糞便排出體外，少量的鋁經(jīng)腸道吸收進(jìn)入人體內(nèi)，分布于體內(nèi)各器官，肝、腎、脾、腦和甲狀腺是積蓄較多的器官在正常情況下，鋁對(duì)機(jī)體可能是有益的。它可以拮抗鉛的某些毒害作用】隨著環(huán)境土壤的鋁污染，城市給水采用鋁鹽混凝處理，以致造成人體鋁過(guò)量目前世界各國(guó)水廠多采用單鋁鹽或復(fù)鋁鹽或聚鋁鹽（如硫酸鋁、明礬、聚硫酸鋁、聚氯化鋁等）對(duì)飲用水進(jìn)行凈化，以去除天然水體中的顆粒物、膠體，微生物、細(xì)菌、藻類(lèi)等，但這些可溶性鋁化合物

9、在凈化過(guò)程中。同時(shí)也給自來(lái)水留下了程度不同的鋁含量這表明水的凈化處理技術(shù)對(duì)自來(lái)水中鋁的殘留量有很大的影響由于過(guò)去對(duì)鋁的生物毒性沒(méi)有認(rèn)識(shí)，許多國(guó)家對(duì)人類(lèi)生活飲用水中鋁含量沒(méi)有限值要求，近十年來(lái)人們發(fā)現(xiàn)了鋁的毒性，并引起了重視，一些國(guó)家制定了限值標(biāo)準(zhǔn)。但標(biāo)準(zhǔn)間的差別較大，如蘇聯(lián)對(duì)鋁的限值為，美國(guó)為，世界衛(wèi)生組織為，我國(guó)新制定的鋁含量限值為：【孫鋁對(duì)人體的毒性，近年來(lái)研究較多也較深，其毒性機(jī)理研究較為詳細(xì)許多研究表明，臨床上鋁中毒表現(xiàn)主要有三大癥狀：鋁性腦病、鋁性骨病和鋁貧血等這些毒性給人類(lèi)健康帶來(lái)了很大的危害但我國(guó)關(guān)于鋁對(duì)人體毒性問(wèn)題的研究，尚未作出明確的定論因此如何提高鋁鹽絮凝效率降低鋁殘留量，

10、成為鋁鹽混凝劑發(fā)展研究的重要方向中的研究現(xiàn)狀是鋁鹽在水溶液中經(jīng)過(guò)水解一聚合作用形成的羥基多核配合物，它由單體，二聚體、多聚體及部分聚十三鋁（用表示）等鋁的經(jīng)基配合物組成】，其中即（）：的粒度已鑒定為約，它們時(shí)常結(jié)合成線性及枝狀的聚集體，的聚集體尺寸通常在幾十至幾百砌由于處于級(jí)的及聚集體投入水中后可在一定時(shí)間內(nèi)具有穩(wěn)定性而保持其原有形態(tài)，以其較高的電荷及較大的分子量發(fā)揮電中和及粘接架橋作用，從而取得優(yōu)良的凈水效果因此，及聚集體被認(rèn)為是中最佳凝集一絮凝成分，其含量可反映產(chǎn)品的有效性。因而，高含量的成為目前國(guó)內(nèi)外制造產(chǎn)品時(shí)追求的目標(biāo)山東大學(xué)碩士掌位論文近年來(lái)對(duì)的生成機(jī)理研究也有新的重要進(jìn)展，有人提出

11、生成過(guò)程需要有（），。作為前驅(qū)物川在（）的核環(huán)（）結(jié)構(gòu)中的四面體構(gòu)成核心，其外圍是個(gè)八面體，來(lái)自溶液中的單體或二聚體，具有四面體結(jié)構(gòu)的（離子據(jù)認(rèn)為是在堿的加入點(diǎn)生成的在加入的強(qiáng)堿與酸性鋁溶液的界面上將有值的局部區(qū)域突變（升高），有可能產(chǎn)生（）并隨后生成燦見(jiàn)圖和圖 圖結(jié)構(gòu)圖具有缺陷結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和兩個(gè)形態(tài)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)研究結(jié)果表明，總鋁的濃度、加堿方法、加堿種類(lèi)、加堿速度以及攪拌強(qiáng)度等，都是影響溶液中形態(tài)生成的重要因素鋁在水解聚合過(guò)程中形態(tài)分布復(fù)雜，雖然多種化學(xué)和儀器分析方法均已應(yīng)用于其形態(tài)分布的研究，但目前尚沒(méi)有任何儀器和方法能夠全面準(zhǔn)確地檢測(cè)出水解鋁溶液中各種水解聚合形態(tài)在目前所采用的研究方法中，主

12、要應(yīng)用的是逐時(shí)絡(luò)合比色法、法、小角度射線衍射法等！生成的影響因素研究結(jié)果表明。，總鋁的濃度、加堿方法、加堿種類(lèi)、加堿速度以及攪拌強(qiáng)度等，都是影響溶液中形態(tài)生成的重要因素（）總鋁濃度（）的影響等腳的研究發(fā)現(xiàn)，以同樣的滴堿速度（）向不同鋁濃度溶液中加堿，的水解鋁溶液，當(dāng)時(shí)就會(huì)生成聚合形態(tài)；，時(shí)，當(dāng)時(shí)才生成聚合形態(tài)；而×時(shí)，即使也沒(méi)有生成，需要將加堿速度增加倍后才生成山東大學(xué)碩士學(xué)位論文日日！自日目目目鼻一（）堿化度）的影響值對(duì)生成有很大的影響。值較低時(shí)，溶液的值較低，鋁單體為優(yōu)勢(shì)形態(tài)：在中等值時(shí)，溶液的值升高，有利于的生成，為優(yōu)勢(shì)形態(tài)；在值較高時(shí)，導(dǎo)致大量（）形成和發(fā)生轉(zhuǎn)化，此時(shí)，高聚合

13、度的鋁水解產(chǎn)物成為優(yōu)勢(shì)形態(tài)乏躉葛術(shù)圖單體鋁（）和（）髓值的變化【等【提出一個(gè)模型，認(rèn)為當(dāng)時(shí)，鋁聚合物與值呈線性關(guān)系，而且對(duì)于所給定的值，水解鋁溶液中的最大生成量為。圖為不同鋁濃度的水解鋁溶液在不同值時(shí)單體鋁以及的含量圖?？梢钥闯?，鋁單體的含量與理論值很相符，含量在時(shí)與理論值也很吻合，但當(dāng)值繼續(xù)增大則會(huì)導(dǎo)致含量降低，含量增加。這些結(jié)果表明，至少對(duì)于沒(méi)有經(jīng)過(guò)熟化的水解鋁溶液，值是影響含量的一個(gè)非常重要的因素。（）加堿速度的影響許多研究結(jié)果表明【，加堿速度是決定鋁水解形態(tài)分布的主要因素，緩慢滴堿法可以獲得較高含量的。在較高反應(yīng)物濃度條件下，降低加堿速度和液滴尺度，也可以提高的含量。（）加堿方式的影響

14、研究了正向（滴加溶液至溶液中）、反向（滴加溶液至溶液中）和同時(shí)（將和兩種溶液同速加入反應(yīng)釜中）三種，加堿方式對(duì)產(chǎn)品形態(tài)的影響。研究表明，正向時(shí)產(chǎn)生較多的山東大學(xué)碩士學(xué)位論文，在反向時(shí)生成的最少。這是因?yàn)椋诜聪驎r(shí)，溶液體系的初始值較高，在大部分的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，（）過(guò)飽和度較大，造成。的含量增加由此可以看出，反應(yīng)過(guò)程中值對(duì)的生成有著很重要的影響。（）攪拌速度的影響攪拌速度也可以影響的生成，攪拌速度加大可以使滴加的迅速擴(kuò)散，與鋁離子充分接觸，這樣就可以生成更多的。研究表明，、時(shí)，將攪拌速度降低倍，降低約，。升高約。（）熟化過(guò)程的影響熟化中，單核羥基鋁離子（如、（）”、（礦等）和聚合生成的二聚體【（）

15、含量（。）基本恒定，而中等聚合度的鋁水解產(chǎn)物（）降低，表明聚體尺度增加，或結(jié)構(gòu)發(fā)生重排，形成了更穩(wěn)定的形裂。釘】向的中加入鹽酸，發(fā)現(xiàn)對(duì)于熟化天和年的，分別需要和天達(dá)到完全反應(yīng)，表明聚合形態(tài)在熟化中趨于穩(wěn)定；認(rèn)為不穩(wěn)定聚合態(tài)可轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定聚合態(tài)或三水鋁石，為鋁水解聚合過(guò)程的介穩(wěn)產(chǎn)物，在熟化過(guò)程中，趨于水解為或。造成含量降低，高聚集度鋁水解產(chǎn)物（。）升高。聚硅酸作為助凝劑活化硅酸是年代后期作為助凝劑開(kāi)始在水處理中得到應(yīng)用的嘲此后，對(duì)活化硅酸的性質(zhì)、聚合及膠凝特性、混凝性質(zhì)、混凝機(jī)理等方面進(jìn)行了大量廣泛的研究】研究發(fā)現(xiàn)，活化硅酸在通常值條件下組分帶負(fù)電荷，對(duì)膠粒的凝聚是通過(guò)吸附架橋作用使粒子粘連而完成

16、的，聚硅酸依靠表面羥基的氫鍵作用可以吸附許多其他分子，并且硅酸在聚合過(guò)程中，隨著分子量的不斷增大并膠連成網(wǎng)狀、環(huán)狀、鏈狀、片狀等結(jié)構(gòu)，吸附架橋能力增強(qiáng)，聚合度增大，處理效果加強(qiáng)，形成的礬花大而易于沉降，因而常作為助凝劑。應(yīng)用活化硅酸作助凝劑有利于解決凈水處理中處理低溫低濁水這一難題，特別是將活化硅酸作為鋁鹽的助凝劑使用時(shí)對(duì)處理低溫低濁水有特效【。但聚硅酸在儲(chǔ)存時(shí)易發(fā)生自聚反應(yīng)析出硅膠而失去混凝功能，儲(chǔ)存的不穩(wěn)定性限聚硅酸的應(yīng)用和推廣山東大學(xué)碩士學(xué)位論文為了能成功地將聚硅酸應(yīng)用于水處理，掌握聚硅酸的聚合度是非常之必要的。和掄提出：聚硅酸的凝膠時(shí)間和值之間有一定關(guān)系，而硅酸溶液的值又直接影響聚硅酸

17、的極限粘度，因此，可利用極限粘度作為控制硅酸聚合度的關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)調(diào)節(jié)值來(lái)控制聚合過(guò)程此法能在聚合的不同階段獲得較高分子量的聚硅酸（分子置可達(dá)道爾頓），且可穩(wěn)定存在幾個(gè)月而不凝膠該法工藝簡(jiǎn)單，成本低另外，研究發(fā)現(xiàn)，適量的多價(jià)金屬離子可延長(zhǎng)聚硅酸的膠凝時(shí)間【，進(jìn)而影響聚硅酸的聚合度這一方面提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，另一方面又增加了產(chǎn)品的電中和能力，使其成為同時(shí)具有電中和能力及吸附架橋能力的一類(lèi)新藥劑，提高了混凝效果，并且可減少水中的殘余鋁含量，降低鋁鹽的生物毒性目前，該類(lèi)混凝劑的研究引起了國(guó)內(nèi)外水處理界的極大關(guān)注聚硅酸的加入對(duì)絮凝作用起了重要的優(yōu)化作用因?yàn)樗募尤胗欣谔岣叩姆肿恿?，而同時(shí)鋁的存在又阻

18、斷了聚硅酸的凝膠化，產(chǎn)生以上兩方面結(jié)果的原因是與聚硅酸的結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的，聚硅酸是由相鄰硅酸分子上羥基間的脫水聚合形成具有硅氧鍵的聚合物，硅原子模型是四面體，所以硅酸分子可以向各個(gè)方向進(jìn)行聚合，形成帶支鏈的、環(huán)狀的、網(wǎng)狀的三維立體結(jié)構(gòu)聚合物。最終形成硅酸凝膠當(dāng)被引入到鋁鹽溶液、或溶液中后，由于鋁鹽溶液及鋁水解聚合產(chǎn)物與聚硅酸的鏈狀、環(huán)狀分子端的氫氧根進(jìn)行配合作用和吸附作用，阻斷了聚硅酸的凝膠化，提高了混凝劑的分子量?；炷齽┑男跄碚撗芯考鞍l(fā)展趨勢(shì)世紀(jì)后期，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，絮凝科學(xué)技術(shù)也得到了迅速發(fā)展絮凝基礎(chǔ)理論研究己從定性闡述發(fā)展到半定量或定量模型及模式，并已開(kāi)始建立各種條件下顆粒

19、的化學(xué)脫穩(wěn)模型及水動(dòng)力學(xué)傳輸數(shù)學(xué)模式，混凝劑使用也從傳統(tǒng)金屬鹽凝聚劑發(fā)展到高分子混凝劑時(shí)代，并趨于向多功能混凝劑與生物混凝劑方面發(fā)展。絮凝基礎(chǔ)理論研究與高分子混麋劑的發(fā)展有力地推動(dòng)了絮凝工程技術(shù)適用范圍及處理效能發(fā)展，并得到了顯著地?cái)U(kuò)展與提高。傳統(tǒng)凝聚劑鋁鹽的絮凝作用機(jī)理經(jīng)過(guò)世紀(jì)年代的激烈爭(zhēng)論，盡管仍存在某些不同看法，但在統(tǒng)一認(rèn)識(shí)上已有很大的進(jìn)展目前較一致認(rèn)為。鋁鹽山東大掌碩士學(xué)位論文對(duì)水中膠體顆粒產(chǎn)生凝聚絮凝作用主要是其水解羥基聚合產(chǎn)物的化學(xué)吸附，電中和脫穩(wěn)、吸附架橋或粘附卷掃絮凝等綜合作用的結(jié)果，或是在特定水質(zhì)條件下以某種機(jī)理為主此外絮凝效果與作用機(jī)理不僅取決于作用混凝劑的物化特性，而且與

20、所處理水質(zhì)特性，如濁度、堿度、以及水中各種無(wú)機(jī)或有機(jī)雜質(zhì)等有關(guān)目前，定量模式方法，被廣泛使用于研究傳統(tǒng)混凝劑的絮凝機(jī)理，這些方法都是根據(jù)傳統(tǒng)鋁鹽凝聚劑在水處理范圍內(nèi)的水解沉淀物是正電性的，并假設(shè)在溶液中發(fā)生沉淀，而后覆蓋在顆粒表面而導(dǎo)致電中和作用，因此以氫氧化物沉淀物在顆粒物表面的覆蓋程度為出發(fā)點(diǎn)，求得表面電位或電泳度的定量結(jié)果這種模式回避了水解產(chǎn)物在溶液中存在的形態(tài)差異及其表面作用機(jī)理，同時(shí)，把電中和作為決定絮凝效果的唯一尺度也未必能全面判斷絮凝過(guò)程中的實(shí)際狀況此外，在機(jī)理上，把（）水解產(chǎn)物全部作為沉淀物而覆蓋在顆粒物表面，并未闡明其微觀實(shí)質(zhì)以及膠粒粒度對(duì)碰撞速率的影響。這些都是尚待深入研究

21、的內(nèi)容盡管如此，這類(lèi)定量模式代表了絮凝基礎(chǔ)理論研究的發(fā)展趨勢(shì)無(wú)機(jī)高分子混凝劑絮凝形態(tài)實(shí)質(zhì)是鋁和鐵鹽、硅酸鹽水解聚合一凝膠沉淀過(guò)程的動(dòng)力學(xué)中間產(chǎn)物及其相關(guān)復(fù)合物。鋁和鐵鹽水解聚合一凝膠沉淀過(guò)程的形態(tài)轉(zhuǎn)化及分布一直是化學(xué)、地學(xué)與環(huán)境工程領(lǐng)域中研究與爭(zhēng)論的熱點(diǎn)，其定量規(guī)律至今仍無(wú)統(tǒng)一定論因此，深入研究其溶液化學(xué)及其形態(tài)分布規(guī)律是發(fā)展高效混凝劑的重要理論前沿論文，尤其是它們與各種陰離子、活性溶膠物以及有機(jī)高分子結(jié)合的形態(tài)變化、結(jié)構(gòu)特征以及不同制備工藝過(guò)程的形態(tài)轉(zhuǎn)化更是有待深入探索的研究領(lǐng)域無(wú)機(jī)高分子混凝齊寸的凝聚形態(tài)主要涉及其鋁、鐵鹽在水溶液中的水解一沉淀過(guò)程一般，（）在水溶液中生成各種水解羥基單核或

22、多核絡(luò)離子（聚合形態(tài)），其過(guò)程可分為個(gè)階副）：）水解初始階段，一與首先迅速絡(luò)合生成單核羥基絡(luò)離子；）聚合階段。水解聚合反應(yīng)迅速進(jìn)行，在兩相鄰單體羥基絡(luò)離子間架橋形成共享一對(duì)共同邊的八面體結(jié)構(gòu)的二聚體此后，一與二聚體或單體進(jìn)一步水解聚合生成多核羥基絡(luò)離子，并隨值增加，堿化。幾乎全部被結(jié)合，聚臺(tái)形態(tài)迅速增大；）凝膠一沉淀生成助段，在一定堿化條件下，生成高聚形態(tài)逐漸向凝膠一沉淀方向轉(zhuǎn)變，聚合形態(tài)對(duì)一吸收漸趨飽和，生成局部沉淀而導(dǎo)致值迅速升高最后全部轉(zhuǎn)化成（）沉淀凝膠山東大學(xué)碩士學(xué)位論文一般認(rèn)為，傳統(tǒng)凝聚劑如鋁鹽的絮凝作用機(jī)理主要包括電中和，吸附凝聚作用的凝膠絮團(tuán)粘結(jié)卷掃作用兩種類(lèi)型，何種作用為主，取

23、決于水質(zhì)、懸浮顆粒濃度以及水流的擾動(dòng)強(qiáng)度等物理化學(xué)條件實(shí)際上絮凝過(guò)程是凝聚劑水解反應(yīng)，電中和，吸附和流體湍流凝聚三種動(dòng)力學(xué)綜合作用結(jié)果這些作用都是發(fā)生在微秒到數(shù)秒中，由于其水解反應(yīng)比電中和，吸附凝聚及絮凝作用更快因此，傳統(tǒng)凝聚劑的主要凝聚形態(tài)是其自發(fā)水解產(chǎn)物，即單體、低聚物和凝膠沉淀物的綜合作用結(jié)果，現(xiàn)有的作用機(jī)理模型及模式都是在此概念上提出和應(yīng)用的在混凝過(guò)程中，正是由于生成的鋁形態(tài)與傳統(tǒng)鋁鹽混凝劑不同，使其在一系列化學(xué)特征，電動(dòng)特性以及混凝效能方面均與傳統(tǒng)鋁鹽混凝劑具有顯著區(qū)別絮凝過(guò)程中通常所采用典型計(jì)算公式，即：饑揣岱靠）爭(zhēng)其中為初始的顆粒數(shù)，為在反應(yīng)時(shí)的顆粒數(shù)，為顆粒體積比，是一常數(shù)，為

24、碰撞頻率因子為無(wú)量綱值，通常稱(chēng)為準(zhǔn)數(shù)值直接反映了在絮凝反應(yīng)時(shí)間時(shí)顆粒數(shù)值的變化，實(shí)際上也反映了絮體顆粒的大小如值確定。通過(guò)增加值可改進(jìn)絮凝效果因此值作為控制及衡量絮凝反應(yīng)的重要工程參數(shù)，一直作為絮凝反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要理論依據(jù)而延續(xù)至今近年來(lái)，有關(guān)絮凝過(guò)程中的紊流動(dòng)力學(xué)問(wèn)題已成為研究及討論的焦點(diǎn)，尤其是湍流微渦旋作用認(rèn)為水流在湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)形成不同尺寸的渦旋可用具有一定意義的某種距離來(lái)表示，即渦旋尺度渦旋可分為兩類(lèi)，一類(lèi)為可忽略粘性力作用的惰性區(qū)，另一類(lèi)為不可忽略粘性力作用的粘性區(qū)在惰性區(qū)與粘性區(qū)之間的渦旋尺度稱(chēng)為微渦旋尺度，標(biāo)志著微渦旋能量范圍的開(kāi)始，也稱(chēng)之為臨界渦旋尺度，表達(dá)式為【¨該理

25、論認(rèn)為，微渦旋尺度與礬花顆粒尺度相近時(shí)絮凝反應(yīng)最充分微渦旋尺度接近絮體尺度的主要原因是因?yàn)檫h(yuǎn)大于顆粒直徑的大尺度渦旋在運(yùn)動(dòng)中只卷帶大顆粒一道做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而尺度小的微渦旋難以卷帶顆粒隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，因而都不能產(chǎn)生顆粒問(wèn)的有效碰撞接觸只有渦旋尺度與顆粒粒徑相近或相等時(shí)才可能發(fā)生顆粒問(wèn)的有效碰撞。因此提高絮凝效果，必須要有效地增加湍流中微渦旋尺度的比例。微渦旋尺度理論早在世紀(jì)年代就被應(yīng)用于絮凝動(dòng)力學(xué)研究中，但由于它沒(méi)有對(duì)絮凝動(dòng)力學(xué)成因進(jìn)行深入地解釋?zhuān)瑫r(shí)也沒(méi)有建立與速度梯山東大學(xué)碩士學(xué)位論文度理論的關(guān)系，因此一直未在絮凝工程中得以廣泛應(yīng)用直到近年，國(guó)內(nèi)外才開(kāi)始重視微渦旋理論的絮凝動(dòng)力學(xué)機(jī)理的研究及其在工程

26、實(shí)踐的應(yīng)用本論文所要解決的主要問(wèn)題和主要研究?jī)?nèi)容高含量的和混凝劑的研制開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，關(guān)鍵在于制備出既具有良好儲(chǔ)存穩(wěn)定性又具有良好水處理效果的產(chǎn)品。其技術(shù)難點(diǎn)在于如何達(dá)到高效、穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)三者的統(tǒng)一。這需要解決以下技術(shù)關(guān)鍵：高含量的和的制備工藝研究及優(yōu)化；高含量的和混凝劑的制備條件對(duì)混凝劑中鋁的形態(tài)分布、產(chǎn)品穩(wěn)定性和水處理效果的影響研究：高含量的和混凝劑絮凝機(jī)理探討。鑒于此種情況，本項(xiàng)目的主要研究?jī)?nèi)容有以下幾點(diǎn)：改進(jìn)工藝制備高砧含量的和混凝劑；采用法、和逐時(shí)絡(luò)合比色法研究高含量的和混凝劑鋁的形態(tài)分布及變化情況；采用電位測(cè)定儀研究高含量的和混凝劑的電性特征：采用電鏡觀察和的結(jié)構(gòu)性貌；采用燒杯實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)高

27、含量和混凝劑的混凝效果和影響因素；綜合上述研究，探討高含量的和的混凝機(jī)理；本論文的創(chuàng)新之處是研究出制備高濃度（）高（）含量的的實(shí)驗(yàn)室方法，改進(jìn)了復(fù)合法加入活化硅酸制各的工藝，對(duì)高含量的和混凝劑的制各工藝、熟化過(guò)程和形態(tài)分布、粒度分布等做了系統(tǒng)的研究本課題為國(guó)家。十五”重大科技專(zhuān)項(xiàng)：“水污染控制技術(shù)與治理工程”（）專(zhuān)題“水污染控制生物強(qiáng)化技術(shù)與物化技術(shù)”中課題“納米型無(wú)機(jī)高分子混凝劑制備技術(shù)一中的子課題：“高效納米型聚合鋁硅混凝劑制備工藝技術(shù)及其示范工程”第二章實(shí)驗(yàn)材料和方法藥劑和儀器實(shí)驗(yàn)藥劑（）、無(wú)水（）、（）、鹽酸（），（）、無(wú)水（）、試劑級(jí)高嶺土和美國(guó)產(chǎn)腐植酸（）、（銨四乙酸納）、（），二

28、甲酚橙、硝酸（：），（碘羥基喹啉磺酸）、鋁片（純度為）、鄰菲羅囀，醋酸鈉，以上試劑均為級(jí)儀器和設(shè)備型磁力攪拌器、電子天平、型酸度計(jì)，一型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、型微電泳儀、）型六聯(lián)變速攪拌機(jī)、型液體濁度計(jì)、型電子恒溫水域鍋、型透射電鏡、一譜儀、型光譜儀、電位粒度測(cè)定儀實(shí)驗(yàn)方法總鋁的測(cè)定方法采用嘰絡(luò)合滴定法測(cè)定總鋁。移取的或，置于，錐形瓶中，加。體積比為：的硝酸溶液和去離子水，煮沸，冷卻后加入乙二胺四乙酸二鈉（）溶液，再用的乙酸鈉溶液調(diào)節(jié)至約為，再煮沸，冷卻后加入乙酸鈉緩沖溶液和滴二甲酚橙指示劑，用的氯化鋅溶液返滴定至溶液由淡黃色變?yōu)樽霞t色山東大學(xué)碩士學(xué)位論文逐時(shí)絡(luò)和比色法逐時(shí)絡(luò)合比色法測(cè)定中鋁的形

29、態(tài)分布閹試劑俗稱(chēng)試鐵靈，即碘羥基喹啉磺酸，其結(jié)構(gòu)式與酸堿特性如下；甄瞬，彘瞬。蠡，”礦水溶液中的與試劑上的或原子絡(luò)合形成在處有最大吸收的絡(luò)合物。根據(jù)水解鋁離子與試劑絡(luò)合反應(yīng)速率的不同，可以區(qū)分處于不同形態(tài)的水解絡(luò)合鋁離子采取合加比色一緩沖溶液法測(cè)定的形態(tài)分布（）合加緩沖溶液的配制配制合加比色緩沖溶液：取試劑（試鐵靈）固體（黃色粉末），鄰菲羅啉（無(wú)色固體），（鹽酸羥銨）（色粉末），濃溶液，醋酸鈉（白色粉末），全部溶解于去離子水，轉(zhuǎn)移至的容量瓶中。加蒸餾水定容至刻度注意：因?yàn)橐宜徕c難于溶解，可先將其溶解后，再與其他固液體混合物相混。配好的混合液應(yīng)該在避光的條件下靜置后繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。該混合液應(yīng)在一個(gè)

30、月內(nèi)用完鋁標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：取的鋁標(biāo)準(zhǔn)液于的容量瓶中定容，作為的酸化鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液取容量瓶個(gè)，按順序依次加入混合比色緩沖液和、的酸化鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液用去離子水定容至刻度，以不含酸化鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液的那份溶液作參比，在分光光度計(jì)上于波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，以鋁離子濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線（見(jiàn)圖）圖中曲線為：式中，：鋁離子濃度：吸光度；：相關(guān)系數(shù)（）工作曲線的制作圖測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線一。廠。一：上圖逐時(shí)絡(luò)合比色工作曲線取合加比色緩沖溶液于容量瓶中，用去離子水稀釋至刻度，用微量進(jìn)樣器將適量樣品注入比色液中，即刻計(jì)時(shí)，并迅速混合均勻，立即在分光光度計(jì)上于處逐時(shí)測(cè)定吸光度的變化。從進(jìn)樣到第一次讀數(shù)必須在分鐘內(nèi)完成典型

31、的逐時(shí)絡(luò)合比色工作曲線如圖所示。結(jié)合工作曲線和鋁的標(biāo)準(zhǔn)曲線，可定量求出樣品中。、和形態(tài)的含量其中，。是指樣品中的在內(nèi)即與試劑發(fā)生反應(yīng)的部分，認(rèn)為主要是六配位水合鋁離子或單核羥鋁配合物，通過(guò)壓縮雙電層機(jī)理起絮凝作用：是指在到之間與試劑反應(yīng)的部分，主要是多羥鋁配合物或聚合物，如（）、（）、（）、（）等中山東大學(xué)碩士學(xué)位論文等聚合形態(tài)。通過(guò)吸附電中和機(jī)理絮凝；則是指在內(nèi)不與反應(yīng)的鋁的水解聚合大分子或溶膠聚合物，此種形態(tài)的鋁通過(guò)吸附架橋和沉淀網(wǎng)捕機(jī)理進(jìn)行絮凝水中鋁的總含量即是上述三種形態(tài)鋁含量之和：暑電位的測(cè)定方法使用英國(guó)公司生產(chǎn)的電位粒度測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)量將樣品稀釋倍進(jìn)行測(cè)試模擬懸濁水樣的配制向自來(lái)水與

32、去離子水比例為：的水中加入一定量的高嶺土配制成高嶺土含量為的模擬懸濁水樣，水樣的濁度為，為向自來(lái)水與去離子水比例為：的水中加入一定量的高嶺土配制成高嶺土含量為的模擬懸濁水樣，原水濁度為，為向自來(lái)水與去離子水比例為：的水中加入一定量的高嶺土和腐植酸，配制成高嶺土含量為腐植酸含量為。的模擬有色懸濁水樣，原水濁度，在處的吸光度為，為模擬染料廢水的配制將活性翠藍(lán)（）染料溶于自來(lái)水中，配制成模擬染料廢水，最大吸收波長(zhǎng)，原水吸光度和分別為和燒杯實(shí)驗(yàn)于快速攪拌下（）向水樣中加入一定量的混凝劑（以混凝劑的有效成分計(jì)），快攪后轉(zhuǎn)入慢速攪拌（），靜置沉降后，取一定高度的上清液測(cè)定有關(guān)水質(zhì)。乙醇一丙酮沉淀法提純中形

33、態(tài)方法原理：利用各形態(tài)組分在混合溶劑中溶解度不同（分子量大溶解度小），加入混合溶劑后，中各形態(tài)便會(huì)按照在混合溶劑中溶解度由小到大的順序依次從溶液中析出，截取中問(wèn)組分即為實(shí)驗(yàn)步驟：沉淀取濃度為的試樣于大燒杯中，依次取的乙醇溶液（乙醇和丙酮的混合液，乙醇的體積分?jǐn)?shù)為），在高速磁力攪拌下緩慢滴加乙醇丙酮溶液于試樣中，得到聚合氯化鋁的白色沉淀過(guò)濾用慢速濾紙將上述所得沉淀過(guò)濾，各個(gè)濃度的四次沉淀分別定量轉(zhuǎn)移至拌、撐、拌，刪蒸發(fā)皿中，在室溫下風(fēng)干，用去離子水溶解所得沉淀，進(jìn)行總砧及形態(tài)測(cè)定其中撐、鋪樣品含量可達(dá)以上和的制備方法固固共混法以制備將和無(wú)水固體粉末分別研碎，按一定的值（，）充分混合，將混和粉末在

34、內(nèi)緩慢加入到盛有去離子水處于水浴中的反應(yīng)器內(nèi)。反應(yīng)過(guò)程中強(qiáng)烈攪拌，直至反應(yīng)結(jié)束溶液呈無(wú)色透明液體靜置熟化，制成不同值的固固共混法以制各以代替上述實(shí)驗(yàn)中的從本實(shí)驗(yàn)的制備原理及實(shí)現(xiàn)過(guò)程來(lái)看，考慮到的堿性稍弱于，生成的含量會(huì)有所降低。但其山東大學(xué)碩士學(xué)位論文可以在反應(yīng)過(guò)程中可以產(chǎn)生更多釋放出的微氣泡，能夠起到非常好的攪拌作用。制備方法：將和無(wú)水固體粉末分別研碎，按一定的值（，）充分混合，將混和粉末在內(nèi)緩慢加入到盛有去離子水處于水浴中的反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)過(guò)程中強(qiáng)烈攪拌，直至反應(yīng)結(jié)束溶液呈無(wú)色透明液體靜置熟化，制成不同值的隊(duì)用鋁酸鈣制各將的鋁酸鈣粉末（其中鋁以計(jì)算為坳和滴加不同體積的鹽酸混合，置于水浴鍋中攪拌

35、反應(yīng)至澄清。反應(yīng)過(guò)程中，適量加入少許去離子水，以控制反應(yīng)液的體積反應(yīng)完成后，將產(chǎn)品靜置一段時(shí)間，然后傾出上層液體，棄掉下層的不溶物。所得產(chǎn)品在熟化后備用活化硅酸的制備首先配制的溶液，然后用的稀鹽酸酸化至為左右，從而制得濃度約為的活化硅酸溶液?；炷齽┑闹苽湎蛴蒙鲜龉坦坦不旆ㄒ灾瞥?，再加入一定量新制備的活化硅酸攪拌，制成一系列不同摩爾比的混凝劑，摩爾比分別為，。和均為此方法與復(fù)合制備的不同之處是在制成后加入新制備未經(jīng)熟化的活化硅酸，因此是復(fù)合法的改進(jìn)方法。正因?yàn)榈闹苽浜突罨杷岬募尤敕绞降牟煌?，使得這種方法制備的與報(bào)導(dǎo)的】在后面各種表征中體現(xiàn)出不同性質(zhì)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章和的形態(tài)分布和轉(zhuǎn)化規(guī)

36、律中由于活化硅酸和鋁水解產(chǎn)物的相互作用，使得鋁的水解聚合過(guò)程及其形態(tài)組成復(fù)雜多變，至今對(duì)其確切地水解聚合形態(tài)分布規(guī)律尚不十分清楚，因此確切掌握并了解鋁的水解聚合反應(yīng)規(guī)律及其形態(tài)分布，對(duì)于深入闡明作用機(jī)理具有十分重要的意義。本部分主要通過(guò)逐時(shí)絡(luò)合比色法對(duì)中鋁的形態(tài)分布受制備條件、熟化過(guò)程和摩爾比的影響進(jìn)行研究，并以法的得到的形態(tài)分布與法進(jìn)行了比較。制備方法對(duì)中鋁形態(tài)分布的影響固固共混法以制各對(duì)鋁形態(tài)分布的影響值對(duì)中鋁形態(tài)分布的影響圖表示出了在一定的情況下，不同值的逐時(shí)絡(luò)合反應(yīng)曲線。蟹值對(duì)吸光度的影響（互）圖值對(duì)中含量的影響圖結(jié)果表明，中鋁與反應(yīng)的趨勢(shì)是開(kāi)始時(shí)急速上升，繼而逐漸趨緩，最后趨于水平值

37、越高，曲線趨向平緩的時(shí)間越長(zhǎng)在相同下，從圖中可以看出逐時(shí)絡(luò)合反應(yīng)曲線時(shí)的起點(diǎn)，隨著值的升高而降低這說(shuō)明值的升高使。降低，促進(jìn)了鋁水解產(chǎn)物聚合度的提高山東大學(xué)碩士學(xué)位論文圖表示不同的中含量隨值的變化情況對(duì)于各種不同的，的含量均隨著值的增加而呈升高的趨勢(shì)，但受其影響程度不同當(dāng)值由升高至?xí)r，為的其含量提高了約，為的含量提高了約，而越為的含量的提高只有左右這說(shuō)明的濃度會(huì)對(duì)產(chǎn)生較大影響，的升高會(huì)大大抑制的生成。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)值超過(guò)后，制備時(shí)會(huì)生成白色乳狀凝膠。這說(shuō)明固固共混法在值為時(shí)，固液界面的沉淀溶解聚合反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，繼續(xù)加堿會(huì)導(dǎo)致含量急劇增加認(rèn)為最佳加堿速度應(yīng)使（）一生成速率等于其（）結(jié)合生

38、成是的主要形態(tài)）的速率，如果過(guò)低，將受（）一形成反應(yīng)的限制，較低；如果過(guò)高，（一生成量將大于反映的消耗量，過(guò)量的（；與主體溶液重新建立平衡，而導(dǎo)致沉淀生成由于溶解緩慢，在固液界面的沉淀溶解聚合反應(yīng)達(dá)到平衡之前，一直小于。因此在值小于的范圍內(nèi)會(huì)一直升高此方法的最佳值為，這和不同的制備方法有關(guān)，如一次加堿法【和電解法【的值最佳值為，微量加堿法值最佳值為【】而固固共混法介于一次加堿法和微量加減法之間。圖值對(duì)中的影響圈值對(duì)中的影響圖表示不同的中。含量隨值的變化情況。結(jié)果表明，隨著值的增加，。含量逐漸降低，這說(shuō)明鋁的形態(tài)逐漸由低聚合態(tài)向高聚合態(tài)轉(zhuǎn)化在值較低的區(qū)域。越高，則的含量就越低但隨著值的升高，不同

39、的中。百分含量的差距呈變小的趨勢(shì)山東大學(xué)碩士學(xué)位論文圖表示不同濃度的中含量隨值的變化情況結(jié)果表明，越高，則中的含量就越高隨著值的增加。不同的中的含量均是里顯先升高再降低的變化趨勢(shì)，但變化幅度受仙影響很大例如：當(dāng)值從增加到時(shí)，為的的增長(zhǎng)了左右，之后有左右的降低：對(duì)于為的，在相同的值變化范圍內(nèi)，其增長(zhǎng)不到，之后有左右的降低；而對(duì)于為的，在時(shí)達(dá)到最高值（增幅僅為左右），在之之間有左右的降幅可見(jiàn)，對(duì)有著很大的影響在到達(dá)最高點(diǎn)之前，濃度越高，隨值升高越快，這和其它研究結(jié)果一致鯽圖中各的均有一極值點(diǎn)，這與其它方法】隨值一直升高有所區(qū)別這可能與固固共混法的制備方法有關(guān)對(duì)中鋁的形態(tài)分布的影響（，（，胬，不同值下對(duì)的影響田對(duì)鋁的各種形態(tài)的影響（）圖示出了不同值下中含量隨的變化情況結(jié)果表明，在各值下，含量均是隨著的升高而降低在相同下，值越高，則含量就越高圖示出了鋁的各種形態(tài)隨削的變化情況。結(jié)果表明，在相同的值下，隨著的升高，。含量稍有增加但變