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铝铁硅配比和盐基度和pH对聚合硅酸铝铁电中和能力的影响

  • 用去离子水把聚合硅酸铝铁样品稀释40倍,使溶液中Al、Fe的浓度为1.25*10^-2mol.L^-1(若浓度太高,则由于胶体颗粒太多,不便测定ξ电位值,但若浓度太低,则由于胶体颗粒太少,不利于ξ电位的准确测定),稀释液的pH值用稀HCl或NaOH溶液进行调节,然后测ξ电位值。由于聚合硅酸铝铁水解沉淀物的表面会吸附一定数量溶解态的聚硅酸铝铁水解产物,因此,通过测定沉淀物的ξ电位便可大致说明聚合硅酸铝铁水解产物的ξ电位变化情况。
    通过测定不同配比的聚合硅酸铝铁絮凝剂颗粒表面ξ电位随pH值的变化情况,考察了铝、铁、硅摩尔比和碱化度B*对聚合硅酸铝铁电中和能力的影响,实验结果见表。以zeta电位值对pH作图,得铝、铁、硅摩尔比对zeta电位的影响曲线如图7所示。
    不同pH下的zeta电位
    试剂 参数\pH值 pH=3.5 pH=4.0 pH=5.0 pH=6.0 pH=7.0 pH=8.0 pH=9.0
    Al:Fe:Si=7:3:5
    B*=0.5
    平均泳动速度V(*10^-6m.s^-1) 1.56 1.49 1.62 1.67 1.65 -1.62 -1.65
    电位梯度E(V.m^-1) 83.3 66.7 88.3 1.17*102 2.67*102 2.17*102 1.33*102
    ξ电位值(vV) 28.3 33.9 29.5 21.7 9.4 -11.3 -18.7
    Al:Fe:Si=7:3:5
    B*=0.8
    平均泳动速度V(*10^-6m.s^-1) 1.60 1.77 1.53 1.75 1.68 -1.67 -1.62
    电位梯度E(V.m^-1) 83.3 83.3 83.3 1.33*102 4.17*102 1.83*102 1.33*102
    ξ电位值(vV) 29.1 32.1 27.9 19.9 6.1 -13.8 -18.4
    Al:Fe:Si=5:5:3
    B*=0.8
    平均泳动速度V(*10^-6m.s^-1) 1.66 1.66 1.74 1.70 -1.62 -1.78 -1.77
    电位梯度E(V.m^-1) 1.17*102 100 1.33*102 2.83*102 1.83*102 100 83.3
    ξ电位值(vV) 21.6 25.1 19.8 9.1 -13.4 -26.9 -32.1
    Al:Fe:Si=5:5:5
    B*=0.8
    平均泳动速度V(*10^-6m.s^-1) 1.57 1.63 1.70 1.67 -1.57 -1.82 -1.60
    电位梯度E(V.m^-1) 1.33*102 1.17*102 200 6.67*102 1.17*102 83.3 66.7
    ξ电位值(vV) 17.8 21.2 12.9 3.8 -20.4 -33.1 -36.3
    聚合硅酸铝铁水解物电位值与pH值的关系
    由图7可见,Zeta电位值正值最高处出现在pH为3-4之间,此后随着pH值的升高,Zeta电位值逐渐降低,在pH为6.2-7.5范围内达到等电点(ξ=0),在pH值大于7.5的范围内,Zeta电位值均为负值。这是由于稀释作用和pH值的升高而引起A1、Fe盐水解程度的变化和形态的变化,趋向于生成多核聚合羟基络离子和溶胶物,电荷量降低,同时由于聚硅酸组分的存在,影响铝、铁的水解沉淀物的ξ电位,且pH值越大,这种影响也越明显,因为聚硅酸随溶液pH值的升高,其水解生成负电荷的聚硅酸根的能力就越大;因而对水解沉淀物的ξ电位的影响也就越大。
    当聚合硅酸铝铁中SiO2浓度和碱化度B*一定时,随着Al/Fe摩尔比的减小,絮凝剂的水解聚合形态所带电荷降低,如图7中曲线2和4
    所示。这表明影响聚合铝铁絮凝剂的水解聚合形态电荷主要是由于铁离子所致,由于Fe(III)的水解聚合速度极快,且羟桥键[Fex(0H)y-1]^n+在水解聚合过程中易向氧桥键[Fex(0H)y-1]^(n-1)+转化,而导致电荷降低,故其随Fe(III)比例增加,聚合硅酸铝铁絮凝剂的电荷量也相对降低,达到等当点的pH值也相应的向低pH值方向移动。
    当聚合硅酸铝铁中聚硅酸比例不同时,也影响聚合硅酸铝铁的ξ电位值。由图7中曲线3和4可见,在Al/Fe摩尔比和碱化度B*一定时,随聚硅酸含量的增多,聚合硅酸铝铁水解聚合形态所带电荷明显降低。这是因为聚硅酸含量的增多虽然有利于聚合硅酸铝铁的聚合作用,但同时也引入了较多硅酸阴离子(SiO3^2-),自然导致了聚合硅酸铝铁水解聚合形态的电荷降低。
    固定铝、铁、硅的摩尔比,当碱化度B*不同时,对ξ电位值的影响结果见图7中曲线1和2。碱化度B*对聚合硅酸铝铁水解沉淀物的电
    中和能力影响不大,只是由于B*的增大,导致达到等电点(即此处zeta电位为0)的pH值稍向低pH值方向移动。由图3可见,在碱化度B*为0.2-0.8范围内,聚合硅酸铝铁的絮凝效果随碱化度B*的升高而明显提高,但这并不是由于其水解产物电中和能力的增大造成的,而是由于碱化度B*的增大,增加了聚合硅酸铝铁的聚合度,提高了聚合硅酸铝铁对胶粒的吸附架桥能力,使得其絮凝效果提高。
    综上所述,当pH值较高时,聚合硅酸铝铁的ξ电位很低,按传统絮凝理论推断,此时絮凝剂已不能较好的发挥絮凝除浊作用。但实验结果表明,此时聚合硅酸铝铁仍然具有相当好的絮凝除浊效果。其主要原因是聚合硅酸铝铁是具有较高分子量的聚合物,其分子链很长,可充分发挥粘附架桥和卷扫沉淀作用。
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