專利名稱:一種高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備以及應用方法
技術領域:
本發明屬于環境工程領域,具體涉及一種高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備方 法,及其在廢水處理上的應用。
背景技術:
絮凝劑在水處理中具有很重要的作用。高效價廉的絮凝劑是實現化學絮凝強化一 級處理技術的關鍵,高效價廉的絮凝劑列入了我國“十五”水處理劑的發展規劃。它可以用 來降低水的濁度、色度等感觀指標,去除多種高分子有機物、某些重金屬和放射性物質。按 化學性質絮凝劑可分為無機絮凝劑和有機絮絮凝。按分子量的高低又可分為高分子絮凝劑 和傳統絮凝劑。而高分子絮凝劑以其比傳統絮凝劑優異得多的性能,如用量較少、污泥產量 小等,日益受到人們的矚目。盡管有機高分子絮凝劑具有高效、用藥量小等優點,但是,由 于其價格昂貴,而且水中殘留單體不易清除干凈,所以具有潛在毒性,尤其不適于處理飲用 水,而無機高分子絮凝劑以其眾多優點日益受到人們的重視,成為當前研究的熱點。聚硅酸金屬鹽是一類新型無機高分子絮凝劑,是在聚硅酸(即活化硅酸)及傳統 的鋁鹽、鐵鹽等絮凝劑的基礎上發展起來的聚硅酸與金屬鹽的復合產物。由于該類絮凝劑 同時具有電中和及吸附架橋性能,絮凝效果好,因而引起了水處理界的極大關注,現已成為 國內外無機高分子絮凝劑研究的一個熱點。國內外文獻報道了采用聚硅酸與金屬鹽復合共 聚的方法制得的產品,在處理工業廢水、飲用水、生活污水和含油廢水時具有絮凝能力強、 絮體沉降速度快、淤泥體積小、成本低的優點。縱觀現有各種以硫酸亞鐵制備聚合硫酸鐵或硫酸鐵的方法,都是應用化學氧化 方法,無論是直接氧化還是催化氧化都必須用到氧化性比較強的氧化劑,并且反應過程中 存在副反應,不但降低了產品的性能,而且增加了成本,特別是催化氧化過程中要利用催化 劑,催化劑的毒性是值得關注的,因此開發新型、低能耗、低成本、低污染氧化技術十分必要。
發明內容
本發明的第一個目的是提供一種液態聚硅酸硫酸鐵無機高分子絮凝劑的制備方法。本發明的第二個目的是提供了上述這種液態聚硅酸硫酸鐵無機高分子絮凝劑在 廢水處理上的應用。本發明的目的是通過以下方式實現的一種高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備方法通過馴化之后的氧化亞鐵硫桿菌將 硫酸亞鐵氧化為液態聚合硫酸鐵,再與活性聚硅酸溶液發生聚合反應,靜置、陳化得到棕紅 色液態聚硅酸硫酸鐵;所述的氧化亞鐵硫桿菌為美國菌種保藏中心標準菌株ATCC23270。所述的馴化培養氧化亞鐵硫桿菌的9K培養基成分為FeS04 7H20 44. 78g/ L、(NH4)2S043. Og/L、KC1 0. lg/L、K2HP04 0. 5g/L、MgS04 0. 5g/L、Ca(N03)20. Olg,蒸餾水1000ml。所述的氧化亞鐵硫桿菌的馴化過程如下(1)低pH值下的氧化亞鐵硫桿菌的馴化將初始pH值1. 5,初始Fe2+濃度達9g/L的菌液接種到9K培養基,培養菌液至紅 色時轉接,反復接種培養3-5次,培養過程中用30 %濃硫酸逐漸調pH值到1. 5,Fe2+的氧化 率不低于80%時,培養得菌液T1 ;(2)耐高濃度Fe2+的氧化亞鐵硫桿菌的馴化將菌液T1接種到9K培養基,培養菌液至紅色時轉接,培養過程中逐漸加入 FeS04 -7H20,使Fe2+濃度達45g/L后,再反復接種培養3_5次,Fe2+的氧化率不低于80%時, 培養得菌液T2;(3)優化9K培養基的馴化將菌液T2接種至(NH4)2S04濃度降低到0. 5g/L,而且無Ca(N03)2的9K培養基,培 養菌液至紅色時轉接,反復接種培養3-5次,Fe2+的氧化率不低于80%時,得到菌液T3。所述馴化過程中接種量均為培養基體積的10%。所述馴化過程中培養條件均為恒溫水浴搖床,搖床轉速為120r/min,溫度35°C。所述的硫酸亞鐵氧化為液態聚合硫酸鐵的過程為,在初始pH值1. 5,初始Fe2+濃 度45g/L,(NH4)2S04濃度0. 5g/L,無Ca(N03)2的9K培養基中按體積比10%接種菌液T3,放 入恒溫水浴搖床進行培養,搖床轉速為120r/min,溫度35°C,經過6 7天的培養制得液態 紅褐色的聚合硫酸鐵。所述的聚合硫酸鐵的鹽基度為13. 6% -14. 5%。所述的活性聚硅酸的制備過程為,準確稱取Na2Si03 9H20,根據計算配制出pH為 12. 7 13. 2的Si02質量濃度為2%的硅酸鈉溶液,控制反應溫度為25°C,邊攪拌邊用質量 分數為30%的H2S04調節pH值達到9. 0,再繼續用30%的H2S04調至pH值為2. 0,在25 V 放置90min,得到活性聚硅酸溶液。所述的聚合反應具體過程如下按?6廣102摩爾比為1 1的比例,將制備好的活 性聚硅酸溶液滴加入先前制備好的液態聚合硫酸鐵,使其混合均勻,調節pH為1. 3 1. 5, 攪拌lOmin,在50°C水浴恒溫振蕩器中反應2. 5h,頻率為55次 mirT1即可。所述的高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵用于廢水處理。本發明的優勢如下通過本方法生產的聚合硅酸硫酸鐵(PFSS),所采用的原料來源廣,生產設備簡單, 成本較低,無需高溫高壓和有毒催化劑,生產中無任何毒副作用,反應容易控制,對PH適應 范圍寬,用量少。該產品可應用于生活污水,印染廢水,重金屬廢水的凈化處理,能獲得優良 的凈水效果,脫色率、除濁率、重金屬去除率達90%以上。
圖1為聚合硫酸鐵XRD圖;圖2為聚硅酸硫酸鐵XRD圖。
具體實施例方式以下實施例或實施方式旨在進一步說明本發明,而不是對本發明的限定。
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氧化亞鐵硫桿菌馴化(1)低pH值下的氧化亞鐵硫桿菌的馴化將初始pH值1. 5,初始Fe2+濃度達9g/L的菌液接種到9K培養基,培養菌液至紅 色時轉接,反復接種培養5次,培養過程中用30%濃硫酸逐漸調pH值到1. 5,Fe2+的氧化率 不低于80%時,培養得菌液T1 ;(2)耐高濃度Fe2+的氧化亞鐵硫桿菌的馴化將菌液T1接種到9K培養基,培養菌液至紅色時轉接,培養過程中逐漸加入 FeS04 7H20,使Fe2+濃度達45g/L后,再反復接種培養3次,Fe2+的氧化率不低于80%時, 培養得菌液T2;(3)優化9K培養基的馴化將菌液T2接種至(NH4) 2S04濃度降低到0. 5g/L,而且無Ca (N03) 2的9K培養基,培 養菌液至紅色時轉接,反復接種培養3次,Fe2+的氧化率不低于80%時,得到菌液T3。馴化過程中接種量均為培養基體積的10%。馴化過程中培養條件均為恒溫水浴搖床,搖床轉速為120r/min,溫度35°C。硫酸亞鐵氧化為液態聚合硫酸鐵在初始pH值1. 5,初始Fe2+濃度45g/L, (NH4) 2S04濃度0. 5g/L,無Ca (N03) 2的9K培養基中按體積比10 %接種菌液T3,放入恒溫水 浴搖床進行培養,搖床轉速為120r/min,溫度35°C,經過6 7天的培養制得液態紅褐色的 聚合硫酸鐵。聚合硫酸鐵的鹽基度為13. 6% -14. 5%。制備活性聚硅酸準確稱取Na2Si03 9H20,根據計算配制出pH為12. 7 13. 2的 Si02質量濃度為2%的硅酸鈉溶液,控制反應溫度為25°C,邊攪拌邊用質量分數為30%的 H2S04調節pH值達到9. 0,再繼續用30%的H2S04調至pH值為2. 0,在25°C放置90min,得到 活性聚硅酸溶液。聚合反應按?6/5102摩爾比為1 1的比例,將制備好的活性聚硅酸溶液滴加入 先前制備好的液態聚合硫酸鐵,使其混合均勻,調節PH為1. 3 1. 5,攪拌lOmin,在50°C水 浴恒溫振蕩器中反應2. 5h,頻率為55次 mirT1。實施例1 取原水高嶺土懸浮液400ml,濁度為114NTU,pH = 7. 2,在40 60r/min的轉速下 恒速攪拌lOmin,靜置沉降30min,于液面下2 3cm處取上層清液測定余濁,結果如下表
權利要求
一種高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備方法,其特征在于,通過馴化之后的氧化亞鐵硫桿菌將硫酸亞鐵氧化為液態聚合硫酸鐵,再與活性聚硅酸溶液發生聚合反應,靜置、陳化得到棕紅色液態聚硅酸硫酸鐵;所述的氧化亞鐵硫桿菌為美國菌種保藏中心標準菌株ATCC23270。
2.根據權利要求1所述的高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備方法,其特征在于,所述 的馴化培養氧化亞鐵硫桿菌的9K培養基成分為FeS04 7H20 44. 78g/L、(NH4)2S043. Og/L、 KC10. lg/L、K2HP04 0. 5g/L、MgS04 0. 5g/L、Ca (N03) 20. Olg,蒸溜水 1000ml。
3.根據權利要求1或2所述的高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備方法,其特征在于,所 述的氧化亞鐵硫桿菌的馴化過程如下(1)低PH值下的氧化亞鐵硫桿菌的馴化將初始PH值2. 0,初始Fe2+濃度為9g/L的菌液接種到9K培養基,培養菌液至紅色時 轉接,培養過程中用30%濃硫酸逐漸調初始pH值到1.5,反復接種培養3-5次,Fe2+的氧化 率不低于80%時,培養得菌液T1 ;(2)耐高濃度Fe2+的氧化亞鐵硫桿菌的馴化將菌液T1接種到9K培養基,培養菌液至紅色時轉接,培養過程中逐漸加入 FeS04 -7H20,使Fe2+濃度達45g/L后,再反復接種培養3_5次,Fe2+的氧化率不低于80%時, 培養得菌液T2;(3)優化9K培養基的馴化將菌液T2接種至(NH4) 2S04濃度降低到0. 5g/L,而且無Ca (N03) 2的9K培養基,培養菌 液至紅色時轉接,反復接種培養3-5次,Fe2+的氧化率不低于80%時,得到菌液T3。
4.根據權利要求3所述的高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備方法,其特征在于,所述 馴化過程中接種量均為培養基體積的10%。
5.根據權利要求3所述的高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備方法,其特征在于,所述 馴化過程中培養條件均為恒溫水浴搖床,搖床轉速為120r/min,溫度35°C。
6.根據權利要求3所述的高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備方法,其特征在于,所 述的硫酸亞鐵氧化為液態聚合硫酸鐵的過程為,在初始PH值1. 5,初始Fe2+濃度45g/L, (NH4) 2S04濃度0. 5g/L,無Ca (N03) 2的9K培養基中按體積比10 %接種菌液T3,放入恒溫水 浴搖床進行培養,搖床轉速為120r/min,溫度35°C,經過6 7天的培養制得液態紅褐色的 聚合硫酸鐵。
7.根據權利要求6所述的液態紅褐色的聚合硫酸鐵,其特征在于,所述的聚合硫酸鐵 的鹽基度為13.6% -14.5%。
8.根據權利要求1所述的高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備方法,其特征在于,所述 的活性聚硅酸的制備過程為,準確稱取Na2Si03 9H20,根據計算配制出pH為12. 7 13. 2 的Si02質量濃度為2%的硅酸鈉溶液,控制反應溫度為25°C,邊攪拌邊用質量分數為30% 的H2S04調節pH值達到9. 0,再繼續用30%的H2S04調至pH值為2. 0,在25°C放置90min, 得到活性聚硅酸溶液。
9.根據權利要求6所述的高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備方法,其特征在于,所述 的聚合反應具體過程如下按?6廣102摩爾比為1 1的比例,將制備好的活性聚硅酸溶液 滴加入先前制備好的液態聚合硫酸鐵,使其混合均勻,調節pH為1. 3 1. 5,攪拌lOmin,在50°C水浴恒溫振蕩器中反應2. 5h,頻率為55次 mirT1即可。
10.權利要求1所述的高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的應用方法,其特征在于,用于廢水處理。
全文摘要
本發明公開了一種無機高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鐵的制備以及處理廢水的方法。通過馴化之后的氧化亞鐵硫桿菌將硫酸亞鐵氧化為聚合硫酸鐵,再與活性聚硅酸溶液發生聚合反應,靜置、陳化得到棕紅色液態聚硅酸硫酸鐵。該產品適用于生活污水、印染廢水和重金屬廢水的凈化處理,COD去除率、脫色率、重金屬去除率達90%以上。
文檔編號C12R1/01GK101974566SQ20101052659
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月30日 優先權日2010年10月30日
發明者楊衛春, 楊志輝, 柴立元, 王慧敏, 王海鷹, 舒余德, 蔣國民, 閔小波 申請人:中南大學