新型固体聚硅硫酸铁混凝剂的制备及结构表征

聚硅酸基混凝剂是重要的水处理剂之一,在混凝过程中扮演重要的作用,但易于产生自聚反应、形成硅胶、失去稳定性。因此,制备稳定的聚硅酸基混凝剂受到广泛关注。为获得一种稳定的聚硅酸基混凝剂,提出一种新型稳定的固体硅酸基混凝剂(PSPF)的制备方法。采用红外光谱与扫描电镜表征PSPF的结构与形貌;Ferron逐时络合比色分光光度法分析PSPF中Fe的形态;通过微污染源水的处理评估PSPF的混凝性能。以硫酸亚铁、硅酸钠、磷酸二氢钾、碳酸钠等为原料,确定硅铁摩尔比(n_Si/n_Fe)、磷铁摩尔比(n_P/n_Fe)与碱化度(n_OH/n_Fe)对PSPF的制备影响。结果显示在60 ℃水浴30 min条件下,PSPF最优合成条件为：n_Si/n_Fe为1∶4,n_P/n_Fe为1∶6与n_OH/n_Fe为1∶10。表征分析显示,PSPF是一种高分子聚合物,含有的新基团键(例如,Si—O—Si与Fe—O—Si),其有助于增大PSPF分子量与分子链与增强PSPF的混凝性能;PSPF形貌团簇,呈网状结构,有助于吸附架桥和网捕卷扫;Si含量增加提高了PSPF中Fe(b)和Fe(c)的含量,增强了PSPF的聚合度与固化效果。PSPF的混凝性能受PSPF投加量与水环境pH影响显著;在pH为6与投加量为8 mg·L-1时,残余浊度和UV254去除率分别可达0.33 NTU与58.6%。实验研究显示,混凝剂多因素(Si,Fe与P)调控对增强固体聚硅酸基混凝剂的固化效果、稳定性以及混凝性能具有良好的效果。