聚硅酸铝铁和硫酸铝，硫酸铁及聚硅酸带电特性和絮凝效果比较

• 聚合硅酸铝铁是由硫酸铝、硫酸铁和聚硅酸复合制成的，本试验了这几种药剂单独使用时的絮凝除浊效果，并相应测定了絮体颗粒的ξ电位的变化。实验时水样的pH值为6.0，聚合硅酸铝铁中的铝/铁/硅摩尔比为1:1:1，其中SiO2的浓度为15mg.L^-1，Al^3+离子和Fe^3+离子的浓度均为0.25mol.L^-1。我们选取Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3的浓度均为0.50mol.L^-1，以保证与聚合硅酸铝铁中金属离子浓度相等；聚硅酸溶液与聚合硅酸铝铁中所含的SiO2浓度一致。不同投药量的电泳实验结果见表。以zeta电位值对投药量作图，得到的关系曲线如图8所示。

  不同投药量的电泳实验结果

  试剂	参数\投药量ml.L^-1	0	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
  	平均泳动速度 V(*10^-6m.s^-1)	-1.69	-1.65	-1.66	-1.67	-1.65	-1.65	-1.64
  	电位梯度E(V.m^-1)	2.67*102	3.17*102	4.83*102	6.83*102	1.32*103	1.13*103	1.08*103
  	ξ电位值(mV)	-9.6	-7.9	-5.2	-3.7	-1.9	-2.2	-2.3
  	平均泳动速度 V(*10^-6m.s^-1)	-1.69	-1.68	1.64	1.66	1.64	1.66	1.63
  	电位梯度E(V.m^-1)	2.67*102	500	1.08*103	2.83*102	1.67*102	1.17*102	100
  	ξ电位值(mV)	-9.6	-5.1	2.3	8.9	14.9	21.6	24.7
  	平均泳动速度 V(*10^-6m.s^-1)	-1.69	-1.66	1.21	1.62	1.62	1.72	1.59
  	电位梯度E(V.m^-1)	2.67*102	4.67*102	1.67*103	3.67*102	200	1.67*102	1.17*102
  	ξ电位值(mV)	-9.6	-5.4	1.2	6.7	12.3	15.6	20.7
  	平均泳动速度 V(*10^-6m.s^-1)	-1.69	-1.59	-1.69	-1.51	-1.54	-1.72	\
  	电位梯度E(V.m^-1)	2.67*102	150	1.17*102	83.3	66.7	66.7
  	ξ电位值(mV)	-9.6	-16.1	-21.9	-27.4	-34.9	-39.2

  由图8可见，随着药剂投加量的增加，高岭土悬浮颗粒表面的ξ电位都有变化，其中Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3上升较大。且在同样的投药量条件下，Al2(SO4)3的水解沉淀物表面ξ电位略高于Fe2(SO4)3。表面覆盖有聚合硅酸铝铁水解产物的高岭土胶粒的心电位值上
  升则较小，因为在水样的pH值为6.0的环境中，聚合硅酸铝铁水解沉淀物的ξ电位较低，所以与Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3相比，聚合硅酸铝铁的电中和能力有所下降。在聚硅酸的作用下，悬浮颗粒表面的心电位值有明显的降低。因为高岭土颗粒带负电荷，因此可以说明Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3和聚合硅酸铝铁均属于阳离子型，聚硅酸属于阴离子型絮凝剂，此结果与报道是一致的。
  
  为了考察各类药剂的絮凝性能与电中和能力的相互关系，在相同实验条件下进行了絮凝除浊效果的比较，实验结果见表。以除浊效率对投药量作图，得到投药量对混凝效果的影响曲线，如图9所示。
  

  投药量对絮凝效果的影响

  聚硅酸	投药量ml.L^-1	0.05	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
  	除浊效率%	20.4	42.3	51.7	72.3	69.6	64.3	61.7
  聚硅酸铝铁	投药量ml.L^-1	0.05	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
  	除浊效率%	86.2	96.3	98.9	99.1	99.2	99.0	99.1
  硫酸铝	投药量ml.L^-1	0.05	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
  	除浊效率%	58.7	81.7	88.6	92.8	92.9	91.6	86.5
  硫酸铁	投药量ml.L^-1	0.05	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
  	除浊效率%	64.3	80.2	85.7	91.9	92.8	92.0	89.2

  由图9可见，聚合硅酸铝铁的絮凝除浊效果优于Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3，聚硅酸效果最差，尤其是在药剂投加量较少时特别明显。并且在实验中发现，聚合硅酸铝铁生成初级可见絮体的时间要比传统絮凝剂快的多，这可能是因为传统絮凝剂投入水样中后，一般是先水解聚合再加以吸附，这个过程不仅取决于溶液中金属离子(铝、铁等)浓度，而且对混合条件，如温度、pH值、配位体浓度和种类以及反应时间等都十分敏感，因此其水解生成物复杂多变，对此已有大量的研究与讨论。而预制的无机高分子絮凝剂聚合硅酸铝铁则有可能直接加以聚结吸附，发挥其最佳形态的电中和及粘结架桥的性能。
  在药剂投加量较大时，三者的絮凝效果相近。如果投加量继续增大，则Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3的絮凝除浊效果出现下降，这一点与图8的实验结果是一致的。在pH值为6.0的情况下，Al2(SO4)3属吸附脱稳作用。但当药剂投加量过多时，高岭土颗粒表面所带正电荷过多，过量的正电荷导致高岭土颗粒再稳定，所以絮凝除浊效果下降。而聚合硅酸铝铁一直保持着较高的除浊率。
  聚硅酸尽管ξ电位值为负，但仍然有一定的絮凝除浊效果，主要是因为在投加量，聚硅酸的吸附架桥作用起到了十分重要的作用。
  我们在实验中发现，Al2(SO4)3在水处理过程中表现出较好的电中和吸附脱稳作用，形成的絮凝体体积大，但絮凝体松散易碎，沉降速度较慢；Fe2(SO4)3形成的絮凝体较密实，沉降速度快，但絮凝体较小，卷扫作用差，处理后水的色度较深，影响处理总效果。聚合硅酸铝铁兼具了它们的优点，并且克服了它们各自的缺点，是一种优异性能的新型无机高分子絮凝剂。