一种聚硅硫酸铁复合混凝剂及其制备方法和应用与流程

本发明属于混凝剂，具体涉及一种聚硅硫酸铁复合混凝剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚硅硫酸铁是一种新型复合无机高分子絮凝剂，于20世纪80年代成功研制，通过向传统铁盐絮凝剂引入聚硅酸进行改性获得的新型产品。聚硅硫酸铁在聚合硫酸铁高分子长链形成过程中引入硅基团，加强其水解物的吸附架桥和网捕卷扫作用，因此相比传统无机絮凝剂如聚合硫酸铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铝铁等，聚硅硫酸铁具有药剂用量少、对污水ph影响小、除杂更彻底的优势，因此广泛应用于污水除磷、污泥脱水、处理垃圾渗滤液、除有机物等多个环保领域。

2、聚硅硫酸铁的传统生产工艺为先制备聚硅酸，聚硅酸再与聚合硫酸铁复合，经过一段时间熟化后得到聚硅硫酸铁，但该工艺存在一定限制，首先聚硅硫酸铁的稳定性比传统絮凝剂差，放置时间过长容易出现产品凝胶失效情况，通常要求在使用前临时配制，储存不便，其次，配制聚硅硫酸铁需要的两种原料（聚硅酸、聚合硫酸铁）指标参数也有较高要求，如聚硅酸ph、聚合硫酸铁含量和盐基度等，指标异常可能严重影响聚硅硫酸铁的絮凝性能和稳定性，所以需要严格控制原料指标，整体生产工艺流程较为复杂。

3、因此，亟需研发一种制备工艺简单，且具有优良絮凝性能和稳定性能的聚硅硫酸铁复合混凝剂。

技术实现思路

1、针对现有技术的至少一处不足，本发明旨在提供一种聚硅硫酸铁复合混凝剂及其制备方法和应用。本发明聚硅硫酸铁复合混凝剂中的聚硅硫酸铁通过一步法合成工艺，简化了传统生产工艺的复杂步骤，节省了生产时间和成本，同时通过在产品合成过程提前引入硅基团，有利于形成聚合度更大、结构更复杂的分子链，将制得的聚硅硫酸铁与有机成分复配结合，不仅可以兼具有机絮凝剂的优点，且稳定性大幅提升，产品稳定储存时间大幅延长，对废水除磷和对污泥脱水的性能更优异。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种聚硅硫酸铁复合混凝剂，包括以下组分：聚硅硫酸铁、羟乙基羧甲基纤维素钠和木质素磺酸钠；

3、所述聚硅硫酸铁的制备方法包括以下步骤：

4、在硫酸中加入铁氧化物，搅拌反应，再次加入铁氧化物，同时加入硅酸盐，得反应液，继续反应，反应结束后过滤，滤液静置熟化，制得所述聚硅硫酸铁。

5、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述硫酸的浓度为20%-50%。

6、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述硫酸与第一次加入的铁氧化物的质量比为1：（0.2~1.6）。

7、本发明在聚硅硫酸铁的制备方法中，通过在硫酸中加入合适比例的铁氧化物实现对反应产物余酸的控制，余酸过低可能导致提前形成聚合硫酸铁长链结构，影响后续硅基团掺入，余酸过高则影响后续硅酸盐与聚合硫酸铁的结合，进而影响产品絮凝性能。

8、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述再次加入铁氧化物的量为第一次加入所述铁氧化物质量的10%-50%。

9、本发明在聚硅硫酸铁的制备方法中分次加入铁氧化物，在反应后再次加入合适含量的铁氧化物可以有效控制溶液中的盐基度，盐基度过低或过高都将影响最终产品的絮凝性能。

10、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述硅酸盐的加入量为所述反应液总质量的0.5%-2.5%。

11、本发明在聚硅硫酸铁的制备方法中控制硅酸盐的加入量在合适的范围内，可以有效控制溶液的铁硅比，铁硅比过低或过高都会对最终产品的絮凝性能产生影响。

12、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述铁氧化物包括羟基氧化铁、含铁污泥中的至少一种。

13、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述硅酸盐包括水玻璃、硅酸钠、硅酸钾、硅酸铝钾中的至少一种。

14、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述搅拌反应为：在50℃-100℃搅拌30min-180min。

15、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述继续反应为：在50℃-70℃继续反应1~5h。

16、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述滤液静置熟化的时间为24h-72h。

17、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述羟乙基羧甲基纤维素钠与所述聚硅硫酸铁的质量比例为（0.001-0.015）：1。

18、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的一种实施方式，所述木质素磺酸钠与所述聚硅硫酸铁的质量比例为（0.001-0.015）：1。

19、本发明的聚硅硫酸铁复合混凝剂，选用特定比例的羟乙基羧甲基纤维素钠、木质素磺酸钠作为复配组分，与聚硅硫酸铁协同构建多元复合体系，可显著提升混凝剂的絮凝性能及贮存稳定性。羟乙基羧甲基纤维素钠凭借其优异的增稠与桥联作用，有助于增强絮体结构的致密性与沉降速率；木质素磺酸钠则凭借其丰富的磺酸基团与分散性能，可改善颗粒表面的电荷分布状态，从而促进微细悬浮物的有效聚集。二者在适宜比例下与聚硅硫酸铁相互作用，可形成协同增效的稳定胶体体系。

20、当加入的羟乙基羧甲基纤维素钠、木质素磺酸钠与聚硅硫酸铁的比例不合适时，复配体系中各组分的电荷平衡与空间位阻效应将被打破，导致胶体颗粒间的排斥力下降或过度团聚，进而削弱其对水体中磷酸根等阴离子污染物的吸附络合能力，最终使除磷、污泥脱水等效率明显降低。同时，不合适的配比亦会破坏复合混凝剂自身的分散稳定性，容易诱发沉淀相分离或凝胶老化现象，缩短产品有效使用周期。

21、本发明还请求保护一种所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的制备方法，包括以下步骤：

22、将聚硅硫酸铁、羟乙基羧甲基纤维素钠和木质素磺酸钠混合，搅拌反应，制得所述聚硅硫酸铁复合混凝剂。

23、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的制备方法一种实施方式，所述搅拌反应为在20℃-45℃下，搅拌反应1~5h。

24、本发明还请求保护所述聚硅硫酸铁复合混凝剂，或所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的制备方法制得的聚硅硫酸铁复合混凝剂在污水处理中的应用。

25、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂在污水处理中的应用的一种实施方式，所述污水处理包括污水除磷、污泥脱水。

26、作为本发明所述聚硅硫酸铁复合混凝剂在污水处理中的应用的一种实施方式，所述聚硅硫酸铁复合混凝剂在污水处理中对污泥的脱水效率可达60%以上。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明聚硅硫酸铁复合混凝剂中的聚硅硫酸铁通过一步法合成工艺，简化了传统生产工艺的复杂步骤，节省了生产时间和成本，同时通过在产品合成过程提前引入硅基团，有利于形成聚合度更大、结构更复杂的分子链，将制得的聚硅硫酸铁与有机成分（羟乙基羧甲基纤维素钠、木质素磺酸钠）复配结合，不仅可以兼具有机絮凝剂的优点，且稳定性大幅提升，产品稳定储存时间大幅延长，对废水除磷和对污泥脱水的性能更优异。

1.一种聚硅硫酸铁复合混凝剂，其特征在于，包括以下组分：聚硅硫酸铁、羟乙基羧甲基纤维素钠和木质素磺酸钠；

2.如权利要求1所述聚硅硫酸铁复合混凝剂，其特征在于，

3.如权利要求1所述聚硅硫酸铁复合混凝剂，其特征在于，

4.如权利要求1所述聚硅硫酸铁复合混凝剂，其特征在于，

5.如权利要求1所述聚硅硫酸铁复合混凝剂，其特征在于，

6.如权利要求1所述聚硅硫酸铁复合混凝剂，其特征在于，所述羟乙基羧甲基纤维素钠与所述聚硅硫酸铁的质量比例为（0.001-0.015）：1。

7.如权利要求1所述聚硅硫酸铁复合混凝剂，其特征在于，所述木质素磺酸钠与所述聚硅硫酸铁的质量比例为（0.001-0.015）：1。

8.一种如权利要求1~7任一所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应为在20℃-45℃下，搅拌反应1~5h。

10.一种如权利要求1~7任一所述聚硅硫酸铁复合混凝剂，或如权利要求8~9任一所述聚硅硫酸铁复合混凝剂的制备方法制得的聚硅硫酸铁复合混凝剂在污水处理中的应用。