專(zhuān)利名稱(chēng)：多功能復(fù)合高鐵鋁絮凝劑的電化學(xué)制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以鋁酸鈉堿性廢液為原料，利用鐵陽(yáng)極溶出的電化學(xué)過(guò)程制備高效多功能絮凝劑的方法，具體產(chǎn)品是一種主要含有高鐵、鋁酸鈉和堿的氧化性絮凝劑液體，屬于水處理藥劑的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。
目前所使用或見(jiàn)諸報(bào)道的無(wú)機(jī)絮凝劑多為具有單一功能的水處理藥劑。如聚合鋁、硫酸鋁、三氯化鋁等鋁系絮凝劑，聚合鐵、三氯化鐵等鐵系絮凝劑，在水中僅具有凝聚絮凝效能，而不具有氧化和殺菌作用。但隨著環(huán)境污染的加劇和水體污染的復(fù)雜化，迫切需要一種具氧化、絮凝、殺菌和吸附為一體的高效多功能水處理藥劑，以滿(mǎn)足水質(zhì)凈化的要求。高鐵酸鹽是鐵的六價(jià)化合物，具有特殊的綜合水處理效能。在水中它是一種強(qiáng)氧化劑，可以氧化去除其中的有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物；具有強(qiáng)力快速的殺菌消毒作用，其綜合效能優(yōu)于氯氣；高鐵或其氧化還原過(guò)程中新生成的Fe3+是優(yōu)良的絮凝劑或助凝劑，尤其是對(duì)處理微污染的地表水更為有效；同時(shí)，它的氧化還原過(guò)程產(chǎn)物還具有重要的吸附能力，對(duì)水中的污染物去除具有協(xié)同效果。將高鐵與鋁鹽進(jìn)行復(fù)合，可進(jìn)一步強(qiáng)化高鐵產(chǎn)品的絮凝作用，提高其綜合水處理效能，是一種理想的高效多功能水處理藥劑新產(chǎn)品。
美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利US 4435257采用電化學(xué)方法先制備出含高鐵的堿液，后加入KOH沉析并以有機(jī)溶劑提純，最后制備出了純K2FeO4晶體；美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利US 4451338采用電化學(xué)方法在高鐵酸鈉的基礎(chǔ)上制備出高鐵鈣產(chǎn)品；美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利US 4500499發(fā)明了通過(guò)Na2FeO4制備穩(wěn)定高鐵酸鉀固體的方法。但這些方法均是以制備純K2FeO4晶體為目標(biāo)，操作復(fù)雜、成本昂貴，不適合用作水處理藥劑的生產(chǎn)和應(yīng)用。
本發(fā)明以現(xiàn)場(chǎng)制備和使用復(fù)合高鐵鋁絮凝劑液體為目標(biāo)，采用飛機(jī)制造廠(chǎng)廢棄的鋁酸鈉堿液為主要原料，通過(guò)膜電解合成技術(shù)，制備出了含高鐵酸鈉、鋁酸鈉、氫氧化鈉和水的復(fù)合高鐵氧化絮凝劑。本發(fā)明的具體方法如下1、電解反應(yīng)器。電解槽由厚度為5mm的PVC板焊制，其尺寸為19.4×14.0×10.6cm，包括一個(gè)陽(yáng)極室和兩個(gè)陰極室，陽(yáng)極室在中間，兩個(gè)陰極室分別在陽(yáng)極室的兩側(cè)，陽(yáng)極室的尺寸為6.1×14.0×10.6cm，兩陰極室的尺寸分別為5.9×14.0×10.6cm。陰陽(yáng)極室間以離子交換膜分隔，所選用的膜為全氟磺酸離子交換膜，型號(hào)為Nafion 324復(fù)合膜，厚度為0.23mm，由上海有機(jī)所生產(chǎn)。在使用前，應(yīng)對(duì)膜進(jìn)行前處理，方法是用飽和NaOH液浸泡48小時(shí)，然后用去離子水淋洗至中性，壓平，待涼干后，將其固定在PVC板條框架上，有效離子交換面積為11.3×8.9cm2。陽(yáng)極采用10.0×7.0cm的低碳鋼板或鐵板，使用前經(jīng)酸洗并水淋或用砂紙打磨光亮。陰極采用10.0×7.0cm的鎳板。將兩陽(yáng)極板和兩陰極板分別平行懸置于隔膜兩側(cè)，各電極距膜0.55cm，陽(yáng)、陰極間距為1.1cm，兩陽(yáng)極和兩陰極分別采取并取聯(lián)方式連接。電源采用交直流轉(zhuǎn)換穩(wěn)壓電源，最大輸出電流為30A，最大輸出電壓為15V。為增加溶液傳質(zhì)、減少濃差極化，使用無(wú)機(jī)變速攪拌器連續(xù)攪拌，攪拌漿及其連桿為玻璃制成，攪拌速度控制在50轉(zhuǎn)/分。電解反應(yīng)器及其連接方式，如附圖
所示。
2、電解陽(yáng)極液。從北京某航空制造廠(chǎng)取含鋁堿性廢液，其中含Al2O310％、NaOH35％、水55％。該含鋁堿廢液經(jīng)放置后仍呈透明狀，無(wú)沉淀析出，因而可直接用作電解制備液，也可以35-45％的濃堿稀釋到所需要的濃度使用。
3、電解陰極液。使用40％的NaOH溶液作陰極液，由固體工業(yè)NaOH加入蒸餾水配制。
4、電解液添加劑。取20克NaCl、20克Na3PO4(含12個(gè)結(jié)晶水)、20克NaCOOCH3和20克Na2SiO3固體混合均勻，使用時(shí)稱(chēng)取一定量，并以少量電解液溶解。
5、電量參數(shù)。電解槽壓和電流可通過(guò)電源控制，為避免陽(yáng)極極化，應(yīng)取得低電壓大電流的效果。為此，一般控制電壓低于5V，并通過(guò)多極電極并聯(lián)和加入適量電解液添加劑可以提高相同電壓下的電流強(qiáng)度。
具體的制備過(guò)程是在陽(yáng)極槽中加入總計(jì)650ml的含鋁堿性廢原液或稀釋的液體，其中含約0.8wt％的電解液添加劑，電解液的液面以將極間隔膜淹沒(méi)為宜。在兩陰極槽中分別加入660ml的40％的NaOH溶液。陽(yáng)極和陰極分別在緊靠膜兩側(cè)的陽(yáng)、陰極室平行懸置，極間距1.1cm，兩陽(yáng)極和兩陰極以并聯(lián)方式分別與電源的正、負(fù)極連接。安裝攪拌裝置，調(diào)速50轉(zhuǎn)/分。開(kāi)啟電解電源，置電壓于3-5V，對(duì)應(yīng)的電流為0.4-4.0A，電流和電壓以精密萬(wàn)用表測(cè)定。電解制備開(kāi)始后立即有紫紅色的FeO42-生成，電解3-8小時(shí)，可制備N(xiāo)a2FeO4含量為0.08％-1.03％、Al2O3為2-10％的高鐵鋁氧化絮凝劑液體產(chǎn)品。
電解液產(chǎn)品中高鐵的含量采取亞鉻酸鹽氧化法測(cè)定。
本發(fā)明的突出特點(diǎn)是1、高鐵與鋁復(fù)合。通過(guò)以含鋁堿液為原料，制備出了高鐵與鋁共存的氧化型絮凝劑液體產(chǎn)品，這種產(chǎn)品在保持高鐵氧化、殺菌作用的同時(shí)，強(qiáng)化了它的絮凝功能。
2、廢液利用。飛機(jī)制造廠(chǎng)(或其它生產(chǎn)過(guò)程的相似廢品)生產(chǎn)的含鋁廢堿液不加利用地排放，不僅會(huì)造成環(huán)境污染，而且浪費(fèi)了寶貴資源。但這種含鋁廢堿液的化學(xué)組成及其特性恰好符合制備高鐵鋁氧化絮凝劑的要求，是一種理想的新型絮凝劑電解制備的一種主要原料。同時(shí)，由于是廢物利用，可使生產(chǎn)成本大大降低。
3、現(xiàn)場(chǎng)制備、使用。由于高鐵的不穩(wěn)定性，通過(guò)本發(fā)明制備的高鐵鋁絮凝劑液體將在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)制備并在制備后3天內(nèi)使用。而采用本發(fā)明的方法生產(chǎn)高鐵鋁絮凝劑操作制備過(guò)程極為簡(jiǎn)單方便，非常符合現(xiàn)場(chǎng)制備和使用。
4、使用復(fù)合電解液添加劑。在電解液中加入一定比例的幾種無(wú)機(jī)化學(xué)藥劑，有效提高了電解制備效率和高鐵產(chǎn)率，并在一定程度上提高了高鐵的穩(wěn)定性。
實(shí)施例例1取含鋁堿性廢液130ml，加入含工業(yè)NaOH 35％的堿液520ml，配成650ml含Al2O32％的陽(yáng)極電解液，全部置于電解槽的陽(yáng)極室中，在兩陰極室分別加入含工業(yè)NaOH 40％的堿液660ml。在下述條件下實(shí)施電解制備電極陽(yáng)極低碳鋼，10.0×7.0cm，2片陰極具孔鎳板，10.0×7.0cm，2片電解電源直流穩(wěn)壓電源(可恒流)電路連接并聯(lián)電極間距各電極距電解槽隔膜0.55cm，陽(yáng)、陰極間距1.1cm電壓4.0V電流強(qiáng)度0.2-1.57A溫度32.5-42.5℃最終電解時(shí)間8小時(shí)在不同電解時(shí)間內(nèi)，電解制備液中含Na2FeO4和Al2C3的濃度為電解3小時(shí)Na2FeO40.0049mol/L(0.081％)，Al2O32％電解6小時(shí)Na2FeO40.011mol/L(0.18％)，Al2O32％電解8小時(shí)Na2FeO40.015mol/L(0.25％)，Al2O32％放置24小時(shí)后，最終(電解8小時(shí))電解制備液中各主要成分不變。例2在如例1所配制的陽(yáng)極液中加入5克固體電解液添加劑并攪拌溶解，然后全部置于電解槽的陽(yáng)極室中，陰極液以及所實(shí)施的電解制備條件與例1同，只是在加入了電解液添加劑后，在同樣的4V電壓下，電流明顯增加，在整個(gè)電解制備過(guò)程中，電流穩(wěn)定在2.01-2.18V之間，溫度從電解開(kāi)始時(shí)的31℃升至電解結(jié)束時(shí)(8小時(shí))的40℃。
在不同電解時(shí)間內(nèi)，電解制備液中含Na2FeO4和Al2O3的濃度為電解3小時(shí)Na2FeO40.013mol/L(0.22％)，Al2O32％電解6小時(shí)Na2FeO40.042mol/L(0.70％)，Al2O32％電解8小時(shí)Na2FeO40.055mol/L(0.91％)，Al2O32％放置24小時(shí)后，最終(電解8小時(shí))電解制備液中各主要成分不變。例3取含鋁堿性廢液原液650ml(含Al2O310％)，全部置于電解槽的陽(yáng)極室中，在兩陰極室分別加入含工業(yè)NaOH 35％的堿液660ml，陰極液與例1、2同。在下述條件下實(shí)施電解制備電極陽(yáng)極低碳鋼，10.0×7.0cm，2片陰極具孔鎳板，10.0×7.0cm，2片電解電源直流穩(wěn)壓電源(可恒流)電路連接并聯(lián)電極間距各電極距電解槽隔膜0.55cm，陽(yáng)、陰極間距1.1cm電壓5.0V電流強(qiáng)度1.58-2.95A溫度30.5-41.5℃最終電解時(shí)間8小時(shí)在不同電解時(shí)間內(nèi)，電解制備液中含Na2FeO4和Al2O3的濃度為電解3小時(shí)Na2FeO40.0069mol/L(0.12％)，Al2O310％電解6小時(shí)Na2FeO40.027mol/L(0.45％)，Al2O310％電解8小時(shí)Na2FeO40.035mol/L(0.58％)，Al2O310％放置24小時(shí)后，最終(電解8小時(shí))電解制備液中各主要成分不變。例4取含鋁堿性廢液原液(含Al2O310％)650ml，加入5克電解液添加劑，攪拌溶解后全部置于陽(yáng)極室中。陰極液以及所實(shí)施的電解制備條件與例1同，只是在加入了電解液添加劑后，在同樣的5V電壓下，電流明顯增加，在整個(gè)電解制備過(guò)程中，電流穩(wěn)定在2.80-3.74V之間，溫度從電解開(kāi)始時(shí)的33.5℃升至電解結(jié)束時(shí)(8小時(shí))的40.5℃。
在不同電解時(shí)間內(nèi)，電解制備液中含Na2FeO4和Al2O3的濃度為電解3小時(shí)Na2FeO40.019mol/L(0.32％)，Al2O310％
電解6小時(shí)Na2FeO40.047mol/L(0.78％)，Al2O310％電解8小時(shí)Na2FeO40.078mol/L(1.03％)，Al2O310％放置24小時(shí)后，最終(電解8小時(shí))電解制備液中各主要成分不變。
權(quán)利要求
1.利用多極并聯(lián)和全氟離子交換膜為主要特征的電化學(xué)反應(yīng)器、鐵板(或低碳鋼)為陽(yáng)極、鎳板為陰極、含鋁堿性廢液或其堿性稀釋液為電解液，電解制備復(fù)合高鐵鋁氧化絮凝劑的方法。
2.電解制備的高鐵鋁氧化絮凝劑液體產(chǎn)品，其中含Na2FeO40.1-1.0％，含Al2O31.0-10.0％。
3.電解制備高鐵鋁氧化絮凝劑的電解液添加劑，其中含25％Na3PO4(含12個(gè)結(jié)晶水)、25％NaCl、25％NaCOOCH3和25％Na2SiO3。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多功能復(fù)合高鐵鋁絮凝劑的電化學(xué)制備方法及其產(chǎn)品,屬于水處理藥劑的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。利用飛機(jī)制造過(guò)程(或類(lèi)似生產(chǎn)過(guò)程)產(chǎn)生的含Al
文檔編號(hào)C02F1/52GK1172078SQ97116358
公開(kāi)日1998年2月4日 申請(qǐng)日期1997年8月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月18日
發(fā)明者曲久輝, 雷鵬舉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心