高寶玉 王炳建 岳欽艷
（山東大學環境科學與工程學院 250100）

1 前言：

　　在國內外給水及廢水處理中，鋁鹽是技術最成熟、應用最廣泛的無機混凝劑。然而，隨著對水質要求的越來越高，需要在新制備工藝條件下開發研制出高效、價廉、低毒或無毒的新型無機高分子混凝劑，聚硅酸鋁鐵混凝劑正是應這一要求而產生的一種混凝劑。
　　聚合硅酸鋁鐵（PAFSC）保留了鋁鐵各自均聚物的優點，克服了聚合氯化鋁（PAC）處理水樣中殘余鋁含量較高和聚合氯化鐵（PFC）絮凝劑穩定性較差的缺點。與PAC相比，聚硅酸鋁鐵(PAFSC)具有較低的殘余鋁含量，較好的除濁效果和脫色效果以及較好的除油和除COD效果。本文制備了一系列穩定的PAFSC，考察了穩定性、電動特性，并對混凝效果進行了研究，結果表明PAFSC具有很好的穩定性和較好的混凝效果。

2 研究方法：

　　2.1 實驗儀器及試劑
　　pH-2型酸度計、YZD-1A型液體濁度計、DC506-型六聯攪拌機、JS94F型微電泳儀。
FeCl3.6H2O、AlCl3.6H2O、鹽酸、Na2CO3、Na2SO3等（以上試劑均為AR級）。
　　2.2 聚硅酸的制備[1]
　　首先配制一定濃度的NaSiO3溶液，然后用一定濃度的稀鹽酸酸化至pH值為2.0~3.0，從而制得一定濃度的聚硅酸溶液。
　　2.3 PAFSC的制備方法[2]
　　復合法：取一定量的AlCl3.6H2O、FeCl3.6H2O固體于燒杯中，配制成一定濃度和比例的溶液，然后加入一定量的Na2CO3粉末，然后向溶液中加入一定量的新制備的聚硅酸這種方法稱為復合法，以PAFSC（復）表示。
　　共聚法：取一定量的AlCl3.6H2O、FeCl3.6H2O固體于燒杯中，加入一定量新制備的聚硅酸，然后加入Na2CO3粉末這種方法稱為共聚法以PAFSC（共）表示。
　　2.4 Zeta電位的測定[3]
　　2.5 模擬水樣的配制及混凝實驗[4]

3 結果與討論

　　3.1 PAFSC的穩定性研究
　　在熟化期間觀察各種比例的鋁鐵硅共聚物，發現PAFSC的穩定性（從制備至今四個多月未渾濁）高于PAC（穩定30多天）和PFC（穩定20多天），這說明聚硅酸的加入有助于提高產品的穩定性。此外，無論是共聚法還是復合法，當B>2.5時，制備過程中溶液均易出現渾濁，穩定性較差。由此可以看出，PAFSC中聚硅酸與鋁、鐵離子及水解產物間存在一定的配合作用，當堿化度較大時，一方面過多的OH-易與鋁、鐵生成Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀，另一方面，堿化度較大，溶液的pH值較高，聚硅酸更易凝聚，降低了與Al(Ⅲ)和Fe(Ⅲ)的聚合作用，使溶液易變渾濁，穩定性較差。
　　3.2 PAFSC的電動特性
　　圖1是B=2.0的PAC、PAFSC的Zeta電位與pH的關系曲線。由圖1看出，在pH>5.0的范圍內，PAC的Zeta電位~pH曲線始終在PAFSC的上方，即在相同pH值下的PAFSC水解沉淀物膠粒帶有較多的正電荷，這是因為：對PAFSC來說，由于帶負電的聚硅酸的加入，降低了其本身的正電性，因此表現為比PAC帶有較低的正電荷。另外，在此pH值范圍內，隨pH值的升高，PAC和PAFSC的Zeta電位均降低，這是因為：隨pH值的升高，混凝劑分子的水解形態逐漸向生成氫氧化鋁、氫氧化鐵凝膠的方向轉化，且隨著pH值的繼續增大，混凝劑中Al(OH)4-的形態逐漸占優勢，吸附在水解沉淀物上的負電荷逐漸增大，所以Zeta電位逐漸降低。在pH<5.0范圍內，隨pH值的增加，PAC水解沉淀物表面的Zeta電位變化規律與PAFSC不同，由圖1可以看出，在pH<5.0的范圍內，隨pH的升高，PAC水解沉淀物面的Zeta電位不斷升高，而PAFSC的水解沉淀物表面的Zeta電位卻不斷降低，這是由于鋁和鐵水解的pH范圍不同，所以在低pH值范圍內PAC的Zeta-pH關系曲線的變化趨勢與PAFSC不同。

　　3.3 PAFSC的混凝效果研究

　　圖2示出了B=2.0的PAC和PAFSC的除濁效果。由圖2看出,PAFSC比PAC的除濁效果好,說明了硅的加入有助于提高除濁效果,另外,PAFSC(共)比PAFSC(復)的除濁效果好,且Al/Si摩爾比越小,除濁效果越好。這是因為雖然硅的加入降低了PAFSC的正電性，但由于Si與Al和Fe之間存在一定的配合作用，使得PAFSC的分子量增大，因此絮凝劑在水中的吸附架橋能力也隨之增大，從而提高了混凝效果。
　　圖3是混凝效果隨堿化度(B)變化的關系曲線。由圖3可以看出，堿化度（B）對PAFSC的除濁效果有一定的影響，PAFSC隨堿化度的增加除濁效果變好，由此可知，堿化度越高，產品水解度越大，產生的絮體越大，增強了吸附架橋能力，提高了混凝效果。

4 結論

　　【1】聚硅酸與鋁離子、鐵離子及鋁鐵水解產物間存在一定的配合作用，這種作用影響鋁離子、鐵離子的水解聚合過程，從而提高了PAFSC的穩定性。
　　【2】PAFSC水解聚合產物的電動特性與pH的變化密切相關，且隨pH值的變化規律與PAC、PAFC基本相似，由于硅的加入，PAFSC的正電性低于PAC。
　　【3】PAFSC的除濁效果優于PAC，且除濁效果受堿化度(B)的影響較大,隨B的增加除濁效果不斷提高。在混凝過程中，起主要作用的是電中和作用和吸附架橋作用。

參考文獻

　　1 欒兆坤、宋永會 聚硅酸金屬鹽絮凝劑的制備和絮凝性能 環境化學 1997，16（6）：534-540
　　2 欒兆坤、劉振儒、趙春祿 聚鋁鐵硅絮凝劑的合成方法及其混凝效能 環境化學 1997，16（6）：546-551