纳米新型聚硅-铝三十巨聚离子絮凝剂性质表征和强化混凝研究

铝三十是目前可唯一鉴定出确切结构的且铝原子数最多的巨型聚合阳离子，具有高的价态和强的电中和能力，在混凝中有独特作用，是继铝十三之后新发现的混凝优势形态。往其中引入聚硅酸，可增强其架桥吸附能力，提高混凝性能。本项目在提纯Al13的基础上，研究Al13转化Al30过程以及聚硅酸影响，确立最优工艺和参数，制备一类复合高聚铝三十和硅酸的新型纳米无机高分子絮凝剂（Nano－IPF）。运用高场27Al NMR和FERRON形态鉴定方法，结合zeta电位、nano系列粒度分析、红外光谱等先进手段，系统表征絮凝剂的稳定性，水解特性和电位变化等理化性质，通过烧杯混凝实验研究其混凝性能，研究针对不同水质特征的优势混凝形态和条件，提出强化有机物去除的强化混凝作用机制，为新一代絮凝剂的开发和强化混凝技术的发展奠定基础

铝三十是目前可唯一鉴定出确切结构的且铝原子数最多的巨型聚合阳离子，是继铝十三之后新发现的混凝优势形态。往其中引入聚硅酸，可增强其架桥吸附能力，提高混凝性能。本项目通过研究Al13转化Al30过程以及聚硅酸影响，不同硅复合方式，制备一类复合高聚铝三十和聚硅酸（PA30SC）的新型纳米无机高分子絮凝剂(IPF)。运用高场27Al NMR和ferron法，结合红外光谱等先进手段，系统表征絮凝剂形态、结构和硅铝相互作用，通过烧杯混凝实验研究其混凝性能，研究针对不同水质特征的优势混凝形态和条件，提出强化有机物去除的强化混凝作用机制和途径，为新一代絮凝剂的开发和强化混凝技术的发展奠定基础。. 结果表明，Al13向Al30转化的过程中，中间形成的ε-Al14前驱体的稳定性非常关键。适宜转化条件如较高的Al13、适量的Alm、80-90℃高温和36-48h的转化时间可促进该前驱体及时转化Al30。如何与硅的复合对产品影响很大，预制较高Al30利于形成稳定的PA30SC产品。综合评价Al30含量与稳定性，不同的系列有不同的适宜硅铝比。终端加硅的f系列，适宜的n(Si)/n(Al)=0.05，起始加硅的gg系列该值为0.04，期间加硅的fg系列该值为0.02。进一步运用改进的ferron法与27Al NMR的表征两种方法对聚硅铝三十絮凝剂PA30SC产品的形态进行了比较分析，发现两种方法的测试结果也有较好吻合。通过红外光谱分析可知，PA30SC中的Al30结构可与聚硅酸复合，同时存在聚硅酸与铝离子的相互作用,形成Si-O-Al 键从而延缓聚硅酸的聚合速度,同时也加大PASC的聚合度。预制的Al30更有利于形成Si-O-Al螯合结构和稳定的复合硅铝絮凝剂。这种硅铝络合（螯合）结构增强了静电簇混凝作用，同时较高硅含量的产品可通过解离的硅进一步水解，发挥吸附架桥作用，因此其对有机物去除能力得到增强，效果比其他混凝形态如Alm，Al13以及Al30更稳定，适用范围更广。所有产品还可以通过协同吸附和混凝作用以增强强化混凝效果。