PATS的制备表征及其处理低浊水效能与残留铝控制

以水玻璃、硫酸铝和硫酸钛为原料,采用共聚法制备了聚硅酸硫酸铝钛(PATS)混凝剂。考察了混凝剂处理模拟低浊水的效能和出水残留铝含量,并且运用FTIR、XRD和SEM对混凝剂的结构形貌进行了表征。研究发现,当Al/Ti摩尔比为10∶1,(Al+Ti)/Si摩尔比为1∶2,水体pH为7~9,水体温度为10℃时,合成的PATS混凝剂对模拟低浊水的混凝性能最好,残留铝含量较低,当该混凝剂投量为0.10 mmol·L~(-1)(以金属离子计)时,余浊和残留铝含量分别可达到0.36 NTU和0.022 mg·L~(-1)。结果表明,PATS中存在铝、钛及其水解产物与硅发生相互作用生成的Al—O—Si键和Ti—O—Si键。PATS不是几种原料的简单混合,而是一种无定形共聚物。与聚合氯化铝、聚硅酸硫酸铝相比,PATS具有更好的混凝效果和更低的残留铝含量。     

聚硅硫酸铝的形貌结构和絮凝机理

以工业水玻璃、工业硫酸铝为原料制得聚硅硫酸铝(PASS)复合絮凝剂,采用电子显微镜观察了不同,nAl/n(Si)的PASS的形貌,借助倒置式生物显微镜分析了PASS所形成絮体的形貌并用激光粒度分析仪对絮体粒度分布进行了测定,通过红外光谱和X-射线衍射研究了PASS中铝与聚硅酸的相互作用情况,考察了模拟江水中胶体颗粒物和PASS水解物的Zeta电位随pH值的变化,在此基础上探讨分析了PASS的絮凝机理和絮凝过程.结果发现:nAl/n(Si)对PASS的形貌有较大影响,絮体粒度分布的数据印证了该结果;红外光谱图表明PASS中有Si-O-Al振动峰出现,峰强度随nAl/n(Si)减小而增大;X-射线衍射图证实了聚硅硫酸铝不是晶体,而是铝水解产物与聚硅酸共同作用形成的无定型聚合物;吸附架桥及粘结卷裹作用是PASS絮凝时的主导作用.     

聚硅酸锌铝的制备及其性能研究

以硅酸钠、硫酸锌、硫酸铝为原料,通过共聚法制备了无机高分子絮凝剂聚硅酸锌铝（PSZAS）,研究了Na₂SiO₃的摩尔浓度、活化时间、Al/Si、Zn/Si 配比及絮凝剂的投加量对絮凝效果的影响,用X-射线衍射（XRD）和电子扫描电镜（SEM）对该絮凝剂的结构及形貌进行了表征。结果表明：当硅酸钠的浓度为0.4 mol/L,硅酸活化时间为2 h,Si∶Al∶Zn=1∶1∶1.5,絮凝剂投加量为20 mL/L废水时,絮凝剂的电中和能力和吸附架桥能力最强,絮凝剂对含H-酸染料模拟废水的絮凝效果最好。     

聚硅硫酸钛（PTSiS）的合成及形貌分析

以硅酸钠和硫酸钛为原料,用共聚法制备了不同硅钛比(硅钛摩尔比分别为3∶1、1∶1和1∶3)的新型绿色无机高分子絮凝剂——聚硅硫酸钛(PTSiS)。用紫外连续扫描光谱仪(UV/Vis)、红外光谱仪(IR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和倒置生物显微镜对样品中钛硅的微观品貌进行了多方面物性分析。结果表明:当硅钛比为3∶1时,硅酸钠和硫酸钛反应完全。此时,聚硅酸的骨架硅(Si—O—Si)与钛元素发生同晶取代或与钛离子水解形成的表面羟基发生络合,形成的聚硅硫酸钛(PTSiS)是一种高分子的硅钛聚合物,而不是单纯的原料混配。另外,聚硅硫酸钛(PTSiS)具有枝杈长链的网络结构,其骨架主要由框架钛结构(Ti—O—Si)组成。     

聚硅酸钛制备及其助凝特性

采用在活化硅酸制备过程中加入适量Ti Cl4的方法,试制了一种新型无机高分子助凝剂—聚硅酸钛。研究了不同[Si]/[Ti]条件下制备的聚硅酸钛在固定p H值的水中分散物的粒径和Zeta电位随着活化时间的变化趋势,并与活化硅酸作比较。结果表明,在Si/Ti=20,活化48 h的条件下能制备出较为稳定的聚硅酸钛。与活化硅酸相比,聚硅酸钛在水中的分散物具有较大的粒径和更高的Zeta电位。通过对比制备的活化硅酸和聚硅酸钛的红外图谱发现,聚硅酸钛中有TiO-Si键,证明钛离子参与了聚合反应,新生成的化学键提高了它的聚合度和稳定性。采用硫酸铝为混凝剂,聚硅酸钛为助凝剂进行混凝除浊实验。测定了絮凝体的Zeta电位和混凝沉淀后的上清液浊度,研究了硫酸铝投加量和混凝p H对聚硅酸钛助凝效果的影响。结果表明,投加适量的聚硅酸钛助凝剂,明显提高了混凝除浊效果且拓宽了有效混凝p H值的范围。     

响应曲面法优化复合絮凝剂的制备工艺

为了提高染料废水中COD和色度的去除效果,采用响应曲面法对聚硅酸类新型复合絮凝剂的制备工艺进行了优化实验研究。在单因素实验基础上采用Box-Behnken Design(BBD)实验设计方法,设计出了影响染料废水处理效果的3因素3水平共15组实验,其中n(Fe+Al):n(Si)的摩尔比为4～6,n(B+Mg):n(Si)的摩尔比为0.3～0.7,熟化时间为1～3 d。根据15组实验结果,以COD去除率和色度去除率为响应值分别建立了二次多项式响应曲面模型。模型优化结果显示,在n(Fe+Al):n(Si)摩尔比为5∶1,n(B+Mg):n(Si)为0.5∶1,熟化时间为2 d的条件下,制备得到的新型复合絮凝剂聚硅酸铝铁硼镁具有最佳的絮凝处理性能和脱色效果,能有效去除染料废水中的COD和色度,其中出水色度接近于0,COD的去除率达到87.65%,模型验证实验进一步验证了本文所建立的响应曲面法在复合絮凝剂制备工艺优化中的有效性。     

附载型复合光催化剂TiO2·SiO2/beads降解有机磷农药

研究以四异丙醇钛 [Ti( iso- O C3 H7) 4]、硅酸乙酯为原料 ,以空心玻璃微球为载体 ,用溶胶—凝胶法制备可漂浮附载型复合光催化剂 Ti O2 · Si O2 / beads的过程 ,利用附载型复合光催化剂降解有机磷农药。结果表明 ,复合型光催化剂 Ti O2 · Si O2 摩尔比存在最佳值 ,n ( Ti O2 ) / m ( Si O2 ) =30 / 70时 ,光催化剂活性最高 ,其活性是同样降解条件下、同样含量 Degussa P- 2 5Ti O2 的 2倍左右。该光催化剂比表面大 ,吸附性强。并用 XRD和 SEM对附载型复合光催化剂进行表征     

Box-Behnken响应曲面法优化高聚复配絮凝剂制备条件

利用活性硅酸和聚合硫酸铁制备聚合硅酸硫酸铁,再采用二甲基二烯丙基氯化铵对其进行复配改性制备高聚复配絮凝剂。在单因素实验的基础上,以絮凝剂脱As性能为评价指标,采用Box-Behnken响应曲面法考察了Fe∶Si、改性剂量、改性温度对高聚复配絮凝剂制备的单独作用及交互影响作用,并建立了剩余c(As)的数学模型。结果显示,自变量对响应值的影响次序为:Fe∶Si改性温度改性剂量,改性剂量与改性温度及改性剂量与Fe∶Si交互影响显著;数学模型拟合度程度良好,模型显著,模型预测处理后最佳剩余c(As)=18.82μg/L,最佳工艺条件为Fe∶Si=2.1∶1,改性温度=79℃,改性剂量=0.56%(PFSS溶液质量),验证实验结果为剩余c(As)=19.21μg/L,预测值与测定值偏差率为2.07%。     

Ti4+复合聚合硫酸铁絮凝剂的制备表征及絮凝性能

以FeSO4·7H2O为原料,NaClO3氧化法制备出聚合硫酸铁,并用Ti4+与其复合得到复合絮凝剂。运用XRD及FTIR对絮凝剂结构进行了表征,并通过处理油田废水含油量和浊度考察了絮凝剂的絮凝性能。结果表明,Ti4+与聚合硫酸铁复合以后,样品分子量增大,结晶性变差,晶粒变小,无定形结构所占比例增大。Ti4+与聚合硫酸铁不是简单的混合,而是发生了一定的相互作用,并且生成了Ti—O—Fe键。通过正交实验优化出的制备条件为:n(Ti4+)/n(Fe3+)=0.05;合成温度为65℃;搅拌时间为1 h。复合后的产物对油田废水的处理效果优于复合前,且在pH值为7,投加量(以铁计)为20 mg/L时絮凝性能最好,其油去除率与浊度去除率分别为89.8%和98.3%。     

绿色絮凝剂PAS的性能及混凝机理探讨

通过向聚硅酸中加入一种高价亲生物环保的金属离子Ti⁴⁺,制备了一种适合处理长江水的绿色絮凝剂PAS,并且通过实验确定了其处理长江水的最佳处理条件：酸性聚硅酸与Ti金属盐溶液复合,n_Ti/n_Si=0.3;投加量为10 mg/L（以Ti⁴⁺计）,pH=6～8,UV254的去除率＞61.7％,浊度去除率＞99％。PAS的混凝效果明显优于聚合铝和聚硅铝,而且矾花形成迅速,絮体密实、沉降快、出水更加清澈,无残留铝。Ti也是亲生物金属,健康环保。因此,PAS是绿色环保友好型絮凝剂,可作为饮用水专用絮凝剂。观察所形成絮体的形貌以及观测红外光谱图均发现,絮凝剂对胶体颗粒污染物有较好的架桥网捕与络合反应作用。     

The chemical species distribution and transformation of polyaluminum silicate chloride coagulant

The chemical species distributions of polyaluminum silicate chloride (PASC) and polyaluminum chloride (PACl) determined by Al-Ferron complexation timed spectrophotometric and 27Al-NMR methods, respectively, have been compared and analyzed. The experimental results show that the species distribution and transformation of PASC are different from those of PACl, due to the interaction of polysilicic acid and hydrolyzed aluminum species. At the same basicity (B), the contents of, Al(b), Al13 and the monomer species Almono (also determined by 27Al-NMR) in PASC are lower than those in PACl, while the contents of Al(c) and the Alother determined by 27Al-NMR in PASC are higher than those in PACl. The differences between PASC and PACl with respect to these species enlarge as the molar ratio of Al/Si in PASC decreases. Further, in PACl the ratio of Al13 to Al(b) closes to 1.0, indicating that the amount of the two fractions are similar. In PASC, however, such an agreement does not exist at the lower B values and Al/Si molar ratios. When the B value and Al/Si molar ratios increase, however, the amount of Al13 and Al(b) species tends to close. The study findings indicate that polysilicic acid can react with hydrolyzed aluminum species to form an aluminum silicate polymer composite and result in the change in species distribution of PASC.     

新型絮凝剂含硼聚硅铝铁的制备和性能研究

向聚硅酸中引入Al³⁺、Fe³⁺、B,制得稳定性更好的高效絮凝剂含硼聚硅铝铁（PFASB）。通过实验得到其最佳配比为：n_(B)/n_(Si)=0.16、n_(Fe)/n_(Al)=0.5 、n_(Al+Fe)/n_(Si)=1。对造纸废水和焦化废水进行混凝实验表明,PFASB的除浊、除COD的能力均优于聚合铝、聚合铝铁和聚硅铝铁,而且矾花产生迅速,矾花粗大密实,是一种性能优异的新型高分子絮凝剂。实验还考察了絮凝剂的形貌和结构,结果表明B、铝及其水解产物、铁及其水解产物和聚硅酸等多种组分之间有相互作用,形成了尺度更大的聚集单元。PFASB的这种特殊结构是其具有良好稳定性和混凝性能的根本原因。     

TiO_2晶体的微波水热法制备及光催化性能研究

以TiSO4和尿素为主要原料,EDTA为控制剂,采用微波水热法制备纳米TiO2光催化剂,并分析了纳米TiO2晶粒的最佳形成条件。利用XRD、TEM等技术对制备产物进行表征。结果表明,TiSO4和尿素混合物在微波水热条件下晶化150 min后,产物为锐钛矿型TiO2,且产物粒径小、大小均匀。在紫外光照射下,以自制的锐钛矿型纳米TiO2为催化剂,酸性橙为降解目标物,进一步研究了其光催化性能。结果表明,该TiO2在紫外光照射下表现出稳定的光催化活性。     

TiO2晶体的微波水热法制备及光催化性能研究

以TiSO4和尿素为主要原料,EDTA为控制剂,采用微波水热法制备纳米TiO2光催化剂,并分析了纳米TiO2晶粒的最佳形成条件。利用XRD、TEM等技术对制备产物进行表征。结果表明,TiSO4和尿素混合物在微波水热条件下晶化150min后,产物为锐钛矿型TiO2,且产物粒径小、大小均匀。在紫外光照射下,以自制的锐钛矿型纳米TiO2为催化剂,酸性橙为降解目标物,进一步研究了其光催化性能。结果表明,该TiO2在紫外光照射下表现出稳定的光催化活性。     

Source apportionment of time and size resolved ambient particulate matter measured with a rotating DRUM impactor

Ambient particulate chemical composition data acquired from samples collected using a three-stage Davis Rotating-drum Universal-size-cut Monitoring (DRUM) impactor in Detroit, MI, between February and April 2002 were analyzed through the application of a three-way factor analysis model. PM_2.5 (particulate matter ⩽2.5 μm in aerodynamic diameter) was collected by a DRUM impactor with 3-h time resolution and three size modes (2.5 μm>D_p>1.15 μm, 1.15 μm>D_p>0.34 μm and 0.34 μm>D_p>0.1 μm). A novel three-way factor analysis model was applied to these data where the source profiles are a three-way array of size, composition and source while the contributions are a matrix of sample by source. Nine factors were identified: road salt, industrial (Fe+Zn), cloud processed sulfate, two types of metal works, road dust, local sulfate source, sulfur with dust, and homogeneously formed sulfate. Road salt had high concentrations of Na and Cl. Mixed industrial emissions are characterized by Fe and Zn. The cloud processed sulfate had a high concentration of S in the intermediate size mode. The first metal works represented by Fe in all three size modes and by Zn, Ti, Cu, and Mn. The second included a high concentration of small size particle sulfur with intermediate size Fe, Zn, Al, Si, and Ca. Road dust contained Na, Al, Si, S, K, and Fe in the large size mode. The local and homogeneous sulfate factors show high concentrations of S in the smallest size mode, but different time series behavior in their contributions. Sulfur with dust is characterized by S and a mix of Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, and Fe from the medium and large size modes. This study shows that the utilization of time and size resolved DRUM data can assist in the identification of sources and atmospheric processes leading to the observed ambient concentrations.     

合成聚硅酸硼镁硫酸铁的正交实验研究

研究了用硅酸钠、硼砂、硫酸镁和硫酸铁为原料,制备聚硅酸硼镁硫酸铁（PSBMFS）混凝剂的方法及合成条件。通过正交实验,考查了硅酸活化pH值、缩聚反应时间和陈化时间等合成条件;同时考察了B/Si摩尔比、Mg/Si摩尔比和Fe/Si摩尔比等影响因素。结果表明：PSBMFS具有良好的混凝性能和脱色效果,能有效去除印染废水中的色度和COD,2种污染因子的去除率分别可达95.9%和67.9%。     

纳米聚硅酸铝锌絮凝剂的制备及表征简

在SiO₂含量为3%,pH为3,活化时间为85 min,（Al+Zn ）/Si摩尔比为1.5,Al/Zn摩尔比为2,表面活性剂硬脂酸钠加入量为0.1%,超声频率为40 Hz,超声时间为60 min的最佳制备条件下制备出液体PSAZS絮凝剂,用超声法制成纳米级Nano-PSAZS,用环境扫描电子显微镜（ESEM）和智能型傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等仪器进行分析。结果表明,硅有助于絮凝剂分子链的延伸,有助于生成更大分子的聚合物;铝盐和锌盐的加入到聚硅酸中,并不是简单的混合,而是发生了缩聚和配位反应,有助于生成链网状结构,能更好地发挥吸附架桥和网捕卷扫作用。同时Nano-PSAZS陈化时间为24 h时的结构有利于絮凝效果的发挥。     

Influence of some additives to aluminium species distribution in aluminium coagulants

Aluminium ions hydrolyse and polymerise into different species in water. Main aluminium species in aluminium coagulant solutions are monomeric Al species (Al1) and polymeric Al species Al13O4(OH)24(7+) (Al13). The aluminium species distribution in coagulant solutions can be influenced by many parameters. This paper studies influences of concentrations of total aluminium species (Al(t)) and other species--OH-, polysilicic acid and ferric species, which were added in aluminium coagulant solutions, on the aluminium species distribution through 27Al nuclear magnetic resonance (NMR) analysis. Results show that only Al1 and no Al13 exist in coagulant solutions at higher Al(t) concentrations (over 1 mol l(-1)), while both species exist at lower Al(t) concentrations (0.1 mol l(-1)). The increase of OH/Al value (molar ratio) increases the concentration of Al13 in coagulant solutions, while the addition of polysilicic acid and ferric species decreases the concentration of Al13.     

制备条件对不同玻璃材料负载TiO_2活性影响研究

以光催化降解苯酚为探针反应,通过正交实验,系统研究了胶液配比、涂覆次数和焙烧温度等条件对以溶胶-凝胶法分别在普通钠钙玻璃和磨砂玻璃上制备TiO2光催化性能的影响,并利用环境扫描电镜（ESEM）对TiO2催化膜形貌进行了分析。研究表明,在普通钠钙玻璃片上负载TiO2催化膜的影响因素主次顺序为：硝酸体积〉涂覆次数〉焙烧温度〉V乙醇∶V酞酸丁酯,在选定实验条件下的最优条件为：涂覆次数为4次;焙烧温度=450℃;V乙醇∶V酞酸丁酯∶V硝酸（1∶4）：V水=400∶40∶1∶4。在磨砂玻璃片上负载TiO2催化膜的的影响因素主次顺序为：涂覆次数〉硝酸体积〉焙烧温度〉V乙醇：V酞酸丁酯,在选定实验条件下的最优条件为：涂覆次数为4次;焙烧温度=500℃;V乙醇∶V酞酸丁酯∶V硝酸（1∶4）∶V水=400∶40∶2∶4。通过扫描电镜可以观察到在普通钠钙玻璃片和磨砂玻璃片表面均附着一层白色的TiO2薄膜,颗粒粒径在100 nm左右。磨砂玻璃比普通钠钙玻璃负载更多的催化剂,磨砂玻璃基TiO2活性更高。磨砂玻璃是一种非常有前景的TiO2催化剂载体材料。