研究影響聚合氯化鋁絮凝效果的因子
實驗目的：研究國內(nèi)外聚合氯化鋁性能的影響因子
實驗方法：采用Al-Ferron絡合比色法和混凝沉淀試驗法
實驗思想：研究認為，無機高分子混凝劑聚合氯化鋁只存在單體、二聚體和Al13［Al12AlO4(OH)247+］及其高聚體的形態(tài)，其中Al13是較佳的凝聚—絮凝成分，其含量可反映產(chǎn)品的有效性［1～3］。
雖然目前尚無一種鑒定鋁水解聚合形態(tài)的準確方法，但研究表明［2］，Al-Ferron逐時絡合比色法簡單可行，用該方法可測定聚合氯化鋁中的Ala、Alb、Alc三種形態(tài)，其測定的Alb相對含量與用核磁共振法測定的Al13相對含量十分相近(即Al13/Alb≈1)，因此用Al-Ferron逐時絡合比色法測定Alb即可得到Al13的相對含量。
1 試驗部分
1.1 試驗樣品
試驗用混凝劑的主要指標見表1。
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表1 國內(nèi)外不同聚合氯化鋁樣品指標及混凝效果比較 |
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編號 |
樣品名稱 |
鹽基度(%) |
Alb(%) |
Alc(%) |
Ala(%) |
加藥量(mgAl2O3/L) |
生產(chǎn)(制作)工藝 |
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1.4 |
2.0 |
2.6 |
3.2 |
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凈化水剩余濁度(NTU) |
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1＃ |
日本某公司PAC |
46.8 |
40.8 |
9.1 |
50.1 |
14.1 |
11.9 |
6.4 |
3.5 |
氫氧化鋁加壓反應 |
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2＃ |
高Alb PAC |
60.0 |
63.0 |
8.40 |
28.6 |
13.2 |
10.4 |
5.2 |
3.2 |
氯化鋁慢速滴堿法 |
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3＃ |
中潤PAC1 |
85.0 |
14.9 |
71.3 |
13.7 |
10.0 |
4.8 |
2.4 |
1.6 |
鋁酸鈣調(diào)整法 |
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|
4＃ |
中潤PAC2 |
92.0 |
13.4 |
75.6 |
10.9 |
11.6 |
4.1 |
2.2 |
1.5 |
鋁酸鈣調(diào)整法 |
|
|
5＃ |
鞏義PAC |
94.5 |
9.80 |
81.5 |
8.70 |
13.0 |
5.0 |
2.3 |
1.9 |
鋁酸鈣調(diào)整法 |
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注： 除高Alb PAC為實驗室樣品外，其余均為工業(yè)產(chǎn)品。 |
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Alb含量高的聚合氯化鋁樣品是在氯化鋁溶液中用0.5 mol/L的NaOH溶液以不大于0.04mL/min的速度滴定而制得；
純聚合氯化鋁樣品用分析純鹽酸和氫氧化鋁試劑制得。
Al-Ferron逐時絡合比色法采用合加混合比色——緩沖溶液法［2］，F(xiàn)erron試劑為SIGMA公司產(chǎn)品。
1.2 試驗儀器
比色分析采用上海分析儀器總廠722型可見分光光度計；
混凝沉淀試驗采用深圳中潤公司ZR4-6型智能混凝試驗攪拌器；
濁度測定采用美國HACH公司2100P型濁度計。
2 結(jié)果與討論
2.1 標準曲線
Al-Ferron逐時絡合比色標準曲線見圖1。
圖1中的曲線回歸方程為：Y=0.09575X-0.01175。
2.2 工作曲線
5種國內(nèi)外聚合氯化鋁樣品的Al-Ferron逐時絡合比色工作曲線見圖2。
.jpg)
從圖2可見，代表國內(nèi)主要產(chǎn)品的3#、4#、5#樣品與代表國外產(chǎn)品的1#樣品及Alb含量高的2#樣品的工作曲線有較大差異，3#、4#、5#樣品曲線靠近橫坐標軸，而1#、2#樣品則遠離橫坐標軸，這是由于3#、4#、5#樣品鹽基度較高致使Ala低、Alc高，而1#、2#樣品鹽基度較低致使Ala高、Alc低。
2.3 不同鹽基度聚合氯化鋁的水解聚合形態(tài)
表2為不同鹽基度聚合氯化鋁的逐時絡合比色形態(tài)組成。
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表2 不同鹽基度聚合氯化鋁逐時鋁形態(tài)組成 |
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絡合時間(min) |
1 |
5 |
30 |
60 |
90 |
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鹽基度(%) |
Ala(%) |
不同時間下的Alb含量(%) |
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2.1 |
91.48 |
6.52 |
7.18 |
7.52 |
7.69 |
|
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|
34.4 |
73.93 |
9.69 |
18.71 |
21.05 |
22.06 |
||
|
45.2 |
62.41 |
12.03 |
24.06 |
27.57 |
29.41 |
|
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54.3(日本某公司) |
39.10 |
8.70 |
20.60 |
24.80 |
26.40 |
|
|
|
64.0 |
37.02 |
8.97 |
21.52 |
24.91 |
26.32 |
|
|
|
76.4 |
25.79 |
3.98 |
8.77 |
11.46 |
13.22 |
|
|
|
85.0 |
13.74 |
3.39 |
9.36 |
11.58 |
13.57 |
|
|
|
88.0 |
11.64 |
1.75 |
6.43 |
8.89 |
11.11 |
|
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|
92.0 |
10.94 |
2.69 |
6.90 |
9.71 |
11.93 |
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94.5(鞏義) |
8.71 |
1.75 |
5.03 |
7.02 |
8.54 |
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注： ① 除日本某公司樣品為氫氧化鋁壓溶法生產(chǎn)外，其余均為鋁酸鈣調(diào)整法生產(chǎn)。② 除注明外，其余樣品均為深圳中潤公司工業(yè)化產(chǎn)品。 |
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從表2可看出，隨著鹽基度值從小到大的變化，Ala含量相應由大逐步變小、Alc含量則由小變大，分別呈現(xiàn)較好的正、負相關性。Alb含量隨著鹽基度的變化大體呈正態(tài)曲線分布：鹽基度在0%～45%區(qū)間內(nèi)Alb含量呈上升趨勢，鹽基度在45%～94.5%區(qū)間內(nèi)則Alb呈下降趨勢，與文獻［2、3］中報道的鹽基度越高則Alb含量越高的分布規(guī)律呈現(xiàn)明顯的差異。引起Alb分布差異的原因在于所研究樣品的生產(chǎn)或制作條件不同，國內(nèi)樣品均為鋁酸鈣調(diào)整法生產(chǎn)，鋁的水解聚合是在高鋁濃度(＞2mol/L)、高溫(＞100℃)、短時間(＜4h)條件下進行，有利于高鹽基度、高聚合度的Alc形態(tài)的生成，而文獻［2、3］中研究的樣品是采用慢速滴堿法在實驗室制作，鋁的水解是在低鋁濃度(0.1mol/L)、室溫、長時間滴定的條件下進行，有利于Alb形態(tài)的生成。
2.4 鈣含量對鋁形態(tài)和混凝效果的影響
由于國內(nèi)聚合氯化鋁產(chǎn)品中以鋁酸鈣作為主要原料，因而產(chǎn)品普遍含有氯化鈣成分。含鈣聚合氯化鋁和純聚合氯化鋁的鋁形態(tài)及混凝效果的比較見表3?？梢娫谙嗤}基度下，含鈣聚合氯化鋁與純聚合氯化鋁的水解聚合形態(tài)組成相似，但含鈣聚合氯化鋁的Alc含量稍高、Ala和Alb含量稍低、混凝效果相近或稍好。
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表3 純PAC及含鈣PAC的鋁形態(tài)及混凝效果比較 |
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樣品名稱 |
鹽基度(%) |
Alb(%) |
Alc(%) |
Ala(%) |
加藥量(mgAl2O3/L) |
CaO(%) |
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1.4 |
2.0 |
2.6 |
3.2 |
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凈化水剩余濁度(NTU) |
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純PAC |
85.0 |
18.5 |
65.9 |
15.6 |
10.4 |
5.8 |
2.6 |
1.6 |
0 |
|
含鈣PAC |
85.0 |
15.0 |
71.3 |
13.7 |
10.0 |
4.8 |
2.4 |
1.6 |
3.48 |
2.5 鋁水解聚合形態(tài)與混凝效果
由混凝沉淀試驗得出的凈化水剩余濁度與鹽基度的關系見圖3。
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Alb與混凝效果的關系為：在鹽基度為0%～45%區(qū)間內(nèi)，剩余濁度和Alb含量呈現(xiàn)負相關關系，在鹽基度為45%～94.5%區(qū)間內(nèi)，剩余濁度和Alb含量呈現(xiàn)正相關關系。
從表1可看出，國外產(chǎn)品(1#)和文獻研究中常用的由慢速滴堿法得到的樣品(2#)的Alb含量高于國內(nèi)產(chǎn)品(3#、4#、5#)數(shù)倍，但混凝效果卻低于后者。這一現(xiàn)象說明，Alb不是衡量混凝劑有效成分的特征值。
1#、2#樣品和3#、4#、5#樣品的較大差別還反映在前者Alc含量低、Ala含量高。
綜上所述，鹽基度、Alc、Ala均可作為衡量混凝效果的特征指標，但是與鹽基度指標相比，由于Alc、Ala的分析時間較長、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較差，故作為定量分析指標尚有待于繼續(xù)完善。
3 結(jié)論
通過以上實驗得到以下幾點結(jié)論：
1、鋁水解聚合形態(tài)中的Alb(Al13)含量隨鹽基度的變化呈正態(tài)曲線分布；
2、Alc和Ala指標與混凝效果呈較好的相關性；
3、鹽基度是表征聚合氯化鋁形態(tài)和性能的重要指標；
4、提高鹽基度或Alc指標是提高聚合氯化鋁混凝性能的重要途徑。
5、Alb不是聚合氯化鋁的較佳組分，提高Alb含量不一定能提高混凝效果；
6、鋁酸鈣調(diào)整法生產(chǎn)的聚合氯化鋁產(chǎn)品具有鹽基度高、Alc含量高、Ala含量低、成本低及混凝效果好等優(yōu)點，與以氫氧化鋁為原料采用壓溶法生產(chǎn)的國外聚合氯化鋁產(chǎn)品比較，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。