一种硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种硼聚硅酸铝铁‑壳聚糖复合絮凝剂的制备方法，该制备方法以硫酸铝、硫酸铁、硅酸钠、四硼酸钠和壳聚糖为原料，首先利用硅酸钠在硫酸溶液中制备聚硅酸；其次，在聚硅酸溶液中加入硫酸铝、硫酸铁、四硼酸钠和壳聚糖的醋酸溶液，制备硼聚硅酸铝铁‑壳聚糖复合絮凝剂。利用本发明专利技术的制备方法制备的复合絮凝剂是一种高效、环保、廉价的新型絮凝剂，具有性能稳定、储存性能好、使用方便等优点。

Preparation of boron polysilicate aluminum ferric chitosan composite flocculant

The invention provides a preparation method of boron polysilicate aluminosilicate chitosan composite flocculant. The preparation method uses aluminum sulfate, ferric sulfate, sodium silicate, sodium borate four and chitosan as raw materials. First, sodium silicate is used to prepare polysilicic acid in the sulfuric acid solution; secondly, aluminum sulfate, ferric sulfate, and four are added in the polysilicic acid solution. Boron polysilicate aluminum ferric chitosan composite flocculant was prepared by acetic acid solution of sodium borate and chitosan. The compound flocculant prepared by the preparation method of the invention is a new kind of flocculant with high efficiency, environmental protection and low cost. It has the advantages of stable performance, good storage performance and convenient use.

【技术实现步骤摘要】
一种硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂的制备方法
本专利技术属于水处理剂制备
，涉及一种硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂的制备方法，利用无机高分子絮凝剂硼聚硅酸铝铁和天然高分子材料壳聚糖，经过各种因素的控制，研究了硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂的最佳制备方法。
技术介绍
絮凝沉淀技术因工艺简单，经济高效和操作方便而被广泛应用在水处理工艺中，絮凝沉淀技术的核心部分是絮凝剂的应用，絮凝剂性能的好坏直接影响到水处理效果的好坏。无机高分子絮凝剂的优点是操作简单，净水效果好，成本低，但缺陷是生成的絮体小，投加量大，金属离子残留多，难降解，容易造成二次污染；天然有机高分子絮凝剂受pH及温度影响小，适用范围广，但是价格昂贵，难以推广使用。若将两种絮凝剂结合起来，可以产生协同作用，复合絮凝剂能克服使用单一絮凝剂的许多不足，在降低处理成本的同时提高絮凝性能，所以对新型、环保的无机-有机高分子复合絮凝剂的开发和应用具有非常现实的意义。聚硅酸铝铁性能不稳定，硼离子的加入，使絮凝剂的性能更加稳定；壳聚糖无毒，可降解，不存在二次污染，壳聚糖分子中游离氨基使其具有很强的吸附特性，氮、氧上带有孤对电子有使其具有良好的配位作用。硼聚硅酸铝铁和壳聚糖的复合，不仅解决了金属离子残留多，也解决了壳聚糖成本高难以推广等问题，大大提高絮凝剂的絮凝效果。硼聚硅酸铝铁-壳聚糖是一种高效、安全、廉价的新型絮凝剂。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有絮凝剂技术的不足，提供一种复合絮凝剂，硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂，及其制备方法。该絮凝剂是一种高效、环保、廉价的新型絮凝剂，具有性能稳定、储存性能好、使用方便等优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：1）聚硅酸的制备：将浓度为0.5mol/L的硅酸钠溶液加入到体积分数为50%的硫酸溶液中，调节pH=3~3.5，30℃下搅拌，聚合30~40min溶液呈透明淡蓝色，制得聚硅酸；2）硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂的制备：往第一步制得的聚硅酸中依次加入硫酸铝溶液、硫酸铁溶液、四硼酸钠溶液以及壳聚糖的醋酸溶液，pH=1.5~6.5，30℃下搅拌1h，静止熟化3h~120h后，制得硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂，其中，按摩尔比计，Al/Si=0.2~0.4，Fe/Si=0.05~0.15，B/Si=0.1~0.2，壳聚糖/Si（质量比）=0.04~0.15。作为本专利技术优选的技术方案，所述第二步中，按摩尔比计，Al/Si=0.4，Fe/Si=0.1，B/Si=0.1，壳聚糖/Si（质量比）=0.12。作为本专利技术优选的技术方案，所述第二步中，pH=1.5~3.5，进一步优选为pH=1.5。作为本专利技术优选的技术方案，所述第二步中，熟化时间为3~48h，进一步优选为24h。作为本专利技术优选的技术方案，所述第二步中，用体积分数为50%的硫酸溶液或1mol/L的NaOH溶液调节。作为本专利技术优选的技术方案，所述壳聚糖的醋酸溶液为壳聚糖溶于1%的醋酸溶液形成的混合溶液。作为本专利技术优选的技术方案，所述第二步中的搅拌速率为400~700rpm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术有利地利用硼聚硅酸铝铁和壳聚糖复合制备硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂，硼离子的加入解决了聚硅酸铝铁性能不稳定的问题，使复合絮凝剂的性能更加稳定；另一方面，利用壳聚糖分子中游离氨基使其具有很强的吸附特性，解决了现有絮凝剂中金属离子残留多的问题；本专利技术制备的复合絮凝剂比硼聚硅酸铝铁絮凝剂絮凝效果好，金属离子残留少，并且无二次污染。2、本专利技术利用硼聚硅酸铝铁、壳聚糖复合，解决了壳聚糖成本高导致难推广的难题，本专利技术的复合絮凝剂适用范围广，适合推广应用。3、本专利技术复合絮凝剂的制备方法简单，制备过程环保，所用试剂为常用试剂，原料廉价易得，利用该方法制备的复合絮凝剂性能稳定、易保存、使用方便。附图说明图1为本专利技术实施例3制得的复合絮凝剂XRD图；图2为本专利技术实施例3制得的复合絮凝剂扫描电子显微镜镜检图；其中，a：硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂放大500倍扫描图，b：硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂放大1000倍扫描图，c：硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂放大3000倍扫描图，d：硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂放大5000倍扫描图，e：硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂放大8000倍扫描图，f：硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂放大10000倍扫描图；图3为本专利技术pH对硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂制备的影响；图4为本专利技术熟化时间对硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂制备的影响。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。要说明的是，尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。本专利技术中硅酸钠溶液、硫酸铝溶液、硫酸铁溶液、四硼酸钠溶液以及壳聚糖的醋酸溶液中所用硅酸钠、硫酸铝、硫酸铁、四硼酸钠、醋酸均为分析纯，壳聚糖为工业纯。本专利技术涉及的硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂是以硫酸铝、硫酸铁、硅酸钠、四硼酸钠和壳聚糖为原料制备的，具体的制备方法包括以下步骤：1）聚硅酸的制备：将浓度为0.5mol/L的硅酸钠溶液加入到体积分数为50%的硫酸溶液中，调节pH=3~3.5，30℃下搅拌，聚合30~40min溶液呈透明淡蓝色，制得聚硅酸；2）硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂的制备：往第一步制得的聚硅酸中依次加入硫酸铝溶液、硫酸铁溶液、四硼酸钠溶液以及壳聚糖的醋酸溶液，用体积分数为50%的硫酸溶液或1mol/L的NaOH溶液调节pH，使pH=1.5~6.5，30℃下搅拌1h，静止熟化3h~120h后，制得硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂，其中，按摩尔比计，Al/Si=0.2~0.4，Fe/Si=0.05~0.15，B/Si=0.1~0.2，壳聚糖/Si（质量比）=0.04~0.15，所述壳聚糖的醋酸溶液为壳聚糖溶于1%的醋酸溶液形成的混合溶液。其中，Al/Si、Fe/Si、B/Si的摩尔比分别优选为0.4、01、0.1，以下实施例中，Al/Si、Fe/Si、B/Si的摩尔比均采用0.4、01、0.1，并不是说Al/Si、Fe/Si、B/Si的摩尔比只能采用0.4、01、0.1，只要在Al/Si=0.2~0.4，Fe/Si=0.05~0.15，B/Si=0.1~0.2的范围内，均属于本专利技术的保护范围。其中，第二步搅拌速率为400~700rpm。实施例1（1）配置0.5mol/L的硅酸钠溶液，加入到体积分数为50%的硫酸溶液中，调节pH=3.0，在30℃，500r/min下搅拌，聚合30min溶液呈透明淡蓝色，制得聚硅酸溶液；（2）按摩尔比Al/Si=0.4，Fe/Si=0.1，B/Si=0.1，壳聚糖/Si（质量比）=0.04往聚硅酸溶液中依次加入0.5mol/L硫酸铝、0.5mol/L硫酸铁、0.1mol/L四硼酸钠以及10g/L壳聚糖的醋酸溶液，用体积分数为50%硫酸溶液调节pH，使pH=1.5，在30℃500r/min搅拌1h，静止熟化1d后，制得硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硼聚硅酸铝铁‑壳聚糖复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）聚硅酸的制备：将浓度为0.5mol/L的硅酸钠溶液加入到体积分数为50%的硫酸溶液中，调节pH=3~3.5，30℃下搅拌，聚合30~40min溶液呈透明淡蓝色，制得聚硅酸；2）硼聚硅酸铝铁‑壳聚糖复合絮凝剂的制备：往第一步制得的聚硅酸中依次加入硫酸铝溶液、硫酸铁溶液、四硼酸钠溶液以及壳聚糖的醋酸溶液， pH=1.5~6.5，30℃下搅拌1h，静止熟化3h~120h后，制得硼聚硅酸铝铁‑壳聚糖复合絮凝剂，其中，按摩尔比计，Al/Si=0.2~0.4，Fe/Si=0.05~0.15，B/Si=0.1~0.2，壳聚糖/Si（质量比）=0.04~0.15。

【技术特征摘要】
1.一种硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）聚硅酸的制备：将浓度为0.5mol/L的硅酸钠溶液加入到体积分数为50%的硫酸溶液中，调节pH=3~3.5，30℃下搅拌，聚合30~40min溶液呈透明淡蓝色，制得聚硅酸；2）硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂的制备：往第一步制得的聚硅酸中依次加入硫酸铝溶液、硫酸铁溶液、四硼酸钠溶液以及壳聚糖的醋酸溶液，pH=1.5~6.5，30℃下搅拌1h，静止熟化3h~120h后，制得硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂，其中，按摩尔比计，Al/Si=0.2~0.4，Fe/Si=0.05~0.15，B/Si=0.1~0.2，壳聚糖/Si（质量比）=0.04~0.15。2.根据权利要求1所述的一种硼聚硅酸铝铁-壳聚糖复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述第二步中，按摩尔比计，Al/Si=0.4，Fe/Si=0.1，B/Si=0.1，壳聚糖/Si（质量比）=0.12。3.根据权利要求1所述的一种硼聚硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂荣，刘萍，贾胜勇，许文峰，乔海兵，李芃林，杜棒，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41