一种高纯、高Alb含量聚合氯化铝的制备方法
阅读说明：本技术 一种高纯、高Alb含量聚合氯化铝的制备方法 (High-purity and high-AlbPreparation method of polyaluminium chloride ) 是由 唐晓旻 王虹华 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高纯、高Al-(b)含量聚合氯化铝的制备方法,该方法是在反应器中加入高纯氢氧化铝粉末和去离子水,然后向反应器中加入浓盐酸,在90℃～100℃快速搅拌条件下反应4h～5h,所得浆液在反应器中静置、沉淀；上清液通过液体输送管道进入纳滤装置中过滤40～50min,其浓缩液即为高纯、高Al-(b)含量聚合氯化铝溶液。将含酸和低聚度聚合氯化铝的滤液返回至前端反应器,代替部分去离子水与高纯氢氧化铝粉末混合,重复上述操作,也可得到高纯、高Al-(b)含量的聚合氯化铝。本发明制备方法简单可行,所制得的聚合氯化铝纯度高、杂质少,对水源水中污染物具有良好的混凝效果,其具有良好的环保效益与经济效益。(The invention discloses a high-purity and high-Al alloy b The preparation method of the polyaluminium chloride with the content comprises the steps of adding high-purity aluminum hydroxide powder and deionized water into a reactor, then adding concentrated hydrochloric acid into the reactor, reacting for 4-5 hours under the condition of rapid stirring at 90-100 ℃, and standing and precipitating the obtained slurry in the reactor; the supernatant enters a nanofiltration device through a liquid conveying pipeline to be filtered for 40-50 min, and the concentrated solution is high-purity and high-Al b The content of the polyaluminium chloride solution. Returning the filtrate containing acid and low polymerization degree polyaluminium chloride to the front-end reactor to replace part of deionized water to be mixed with high-purity aluminium hydroxide powder, and repeating the operation to obtain high-purity high-Al b Polyaluminium chloride in an amount. The preparation method is simple and feasible, and the prepared polyaluminium chloride has high purity, less impurities, good coagulation effect on pollutants in water source water, and good environmental protection benefit and economic benefit.)
技术领域
本发明涉及饮用水处理
技术领域
，具体涉及一种高纯、高Alb含量聚合氯化铝的制备方法。背景技术
水是生命之源，是人体生存的必要因素。生活饮用水的水质与我们的身体健康和生活都有着十分紧密的联系。目前而言，能够利用的淡水资源总量越来越少。水资源问题制约着我国各项事业的发展。混凝是常用的饮用水处理方法，混凝的关键就是絮凝剂的选取。研究出一种处理沉淀性更好，投加用量更少，适用饮用水的絮凝剂一直是比较前沿的。
无机高分子絮凝剂作为新型水处理试剂，制作成本相对其他种类絮凝剂较低，处理效果也比其他传统絮凝剂提高数倍，因其特殊的结构与处理效果广受国内外学者的关注。其中最常见的无机高分子絮凝剂是聚合氯化铝（PAC），与传统的铝盐絮凝剂相比，它的形态结构与絮凝机理都有着本质的区别，聚合氯化铝中对于絮凝沉淀作用最大的成分是Alb。目前传统制备的PAC有着纯度不高，Alb含量低，产品稳定性较差的缺点，采用碱法制备的产品中会有较多的游离碱残留，容易产生氨氧化铝凝胶沉淀使得PAC的水处理效果有所限制。但是为了进一步提高PAC的絮凝性能，可对其纯度进行必要的探究。
目前，对高Alb含量聚合氯化铝的研发还有待进一步加强。
中国专利申请号CN201910650384.4，发明名称为“一种强酸含铝废水制备聚合氯化铝的生产工艺”，公布了一种聚合氯化铝的生产工艺,包括以下步骤：(1)将强酸性的含氯化铝废水加入反应釜,将氢氧化钠溶液加入,搅拌反应；(2)静置熟化；(3)将所得浓缩至一定质量比例,分离液体与固体A；(4)将液体干燥后得到聚合氯化铝产品；(5)将固体A加氢氧化钠水溶液调节pH,过滤分离液体与氢氧化铝沉淀；(6)将步骤(5)中液体烘干得氯化钠固体,通过盐酸把步骤(5)中沉淀溶解后循环至步骤(1)。该发明提高了资源利用效率，降低了成本，但是产物中氧化铝含量高，纯度较低。
中国专利申请号CN201910416870.X，发明名称为“一种浓缩聚合氯化铝的生产工艺”，公布了一种浓缩聚合氯化铝的生产工艺,包括以下步骤：(1)准备氢氧化铝1-3份和盐酸3-8份,将活性氢氧化铝和盐酸在高温高压环境下反应生成氯化铝水溶液,在水溶液中加入去离子水稀释,制得聚合液体聚氯化铝,备用；(2)在步骤一制备的聚合液体聚氯化铝中加入氢氧化钠、碳酸钠、石灰反应,增加聚合液体聚氯化铝中的OH离子含量,调节聚合液体聚氯化铝盐基度和酸碱性；(3)将步骤二中的聚合液体聚氯化铝升温加压雾化并通入旋流式水膜除尘器,通过水膜除尘工艺去除反应杂质和混合液中的硫化物；(4)将步骤三加工后的高纯度聚合液体聚氯化铝通入干燥塔加热处理,并采用多级喷淋工艺对聚合液体聚氯化铝进行浓缩；(5)将步骤四混合均匀的浓缩聚合液体聚氯化铝冷凝液化,并使用玻璃容器密封存储；该发明浓缩聚合氯化铝生产指标方便控制，但是操作工艺步骤复杂。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种纯度更高，Alb含量更高的聚合氯化铝的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
在反应器中加入高纯氢氧化铝粉末和去离子水，然后向反应器中加入浓盐酸，在90℃~100℃快速搅拌条件下反应4h~5h，所得浆液在反应器中静置、沉淀；上清液通过液体输送管道进入纳滤装置中过滤，其浓缩液即为高纯、高Alb含量聚合氯化铝溶液。含酸和低聚度聚合氯化铝的滤液返回至前端反应器，代替部分去离子水与高纯氢氧化铝粉末混合，重复上述操作，即得到高纯、高Alb含量的聚合氯化铝。
具体包括以下步骤：
1) 在反应器中加入高纯氢氧化铝粉末和去离子水，控制氢氧化铝浓度为35%~42%。
2) 向反应器中加入浓度为19%~24%的浓盐酸，控制浓盐酸与氢氧化铝粉末的摩尔比为1~2：1。
3) 将上述所制备的混合液在90℃~100℃、快速搅拌条件下反应4h~5h。
4) 所得浆液在反应器中静置30~40min、沉淀；上清液通过液体输送管道进入纳滤装置，在0.5~0.6MPa过滤压力、纳滤膜膜孔大小1nm~2nm条件下过滤40~50min，其浓缩液即为高纯、高Alb含量聚合氯化铝溶液。
5)将含酸和低聚度聚合氯化铝的滤液返回至前端反应器，代替部分去离子水与高纯氢氧化铝粉末混合，同样控制氢氧化铝浓度为35%~42%，后续操作与上述高纯、高Alb含量聚合氯化铝制备操作条件相同，也可得到高纯，高Alb含量的聚合氯化铝。
其中：步骤（1）中所述控制氢氧化铝浓度为35%~42%。当氢氧化铝浓度过低时，最后得到的聚合氯化铝浓度过低，不经济；当氢氧化铝浓度过高时不利于后续与浓盐酸的反应。
步骤（2）中所述浓盐酸浓度为19%~24%。当浓盐酸浓度过低时，最后得到的聚合氯化铝浓度过低，且与氢氧化铝粉末的反应速率较低；当浓盐酸浓度过高，容易使氢氧化铝粉末的表面被氧化，生成更不易溶解的氧化铝，从而导致铝的浸出率较低。
步骤（2）中所述浓盐酸与氢氧化铝粉末的摩尔比为1~2：1。当摩尔比过高时，所得浆液中Alb含量较少；当摩尔比过低时，氢氧化铝中铝的浸出率较低。
步骤（3）中所述纯氢氧化铝粉末与浓盐酸在90℃~100℃反应。当反应温度过低时，氢氧化铝粉末与浓盐酸反应速率较慢；当反应温度过高时，铝的浸出率并未显著提升，且能耗较高。
步骤（3）中所述高纯氢氧化铝粉末与浓盐酸反应4h~5h，反应时间过短，二者并未完全反应；反应时间过长，能耗较大，且铝的浸出率提升并未显著提升。
步骤（1）、（2）、（3）操作条件为后续纳滤分离Alb提供极大帮助，在其他操作条件，参数下不能高效得到高Alb含量的聚合氯化铝。
步骤（4）中所述高纯氢氧化铝粉末与浓盐酸反应产生的浆液在反应器中静置时间为30~40min。当静置时间过短时，上清液中含氢氧化铝较多，不利于后续纳滤操作的进行；当静置时间过长时，会导致聚合氯化铝生产效率降低。
步骤（4）中所述纳滤过滤压力0.5~0.6MPa。当过滤压力过低时，通量较低，过滤时间较长；当过滤压力过高时，易导致不可逆膜污染。
步骤（4）中所述纳滤膜膜孔大小1nm~2nm，当膜孔过小时，会导致部分低聚态铝被截留，且过滤速率慢；当膜孔过大时，会导致浓缩液中Alb含量明显降低。
步骤（4）中所述过滤时间为40~50min，过滤时间过短起不到浓缩Alb的作用，过滤时间过长，后期通量逐渐降低，而Alb含量并未显著提升，因此不经济。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的制备方法简单，能耗较小，所得无机高分子絮凝剂稳定性好，纯度高，易于溶解，有较好的经济效益和社会效益。
2、此方法制得的高纯、高Alb含量聚合氯化铝，性能优势、适用范围广、成本价格低，可以适应处理多种废水的要求，将含酸和低聚度聚合氯化铝的滤液返回至前端反应器，重复操作，提高了资源的循环利用，本发明絮凝剂处理废水时进一步提高了絮凝性能,市场前景广阔，具有良好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，实施例中如无特殊说明，采用的原料即为普通市售产品。
实施例1：
1) 在反应器中加入高纯氢氧化铝粉末和去离子水，控制氢氧化铝浓度为35%。
2) 向反应器中加入浓度为19%的浓盐酸，控制浓盐酸与氢氧化铝粉末的摩尔比为1：1。
3) 将上述所制备的混合液在90℃、快速搅拌条件下反应4h。
4) 所得浆液在反应器中静置30min、沉淀；上清液通过液体输送管道进入纳滤装置，在0.5MPa过滤压力、纳滤膜膜孔大小为1nm的条件下过滤40min，其浓缩液即为高纯、高Alb含量聚合氯化铝溶液。
5)将含酸和低聚度聚合氯化铝的滤液返回至前端反应器，代替部分去离子水与高纯氢氧化铝粉末混合后续操作与上述高纯、高Alb含量聚合氯化铝制备操作条件相同。
实施例2：
1) 在反应器中加入高纯氢氧化铝粉末和去离子水，控制氢氧化铝浓度为35%。
2) 向反应器中加入浓度为20%的浓盐酸，控制浓盐酸与氢氧化铝粉末的摩尔比为1.5：1。
3) 将上述所制备的混合液在95℃、快速搅拌条件下反应5h。
4) 所得浆液在反应器中静置40min、沉淀；上清液通过液体输送管道进入纳滤装置，在0.5MPa过滤压力、纳滤膜膜孔大小为2nm的条件下过滤40min，其浓缩液即为高纯、高Alb含量聚合氯化铝溶液。
5)将含酸和低聚度聚合氯化铝的滤液返回至前端反应器，代替部分去离子水与高纯氢氧化铝粉末混合后续操作与上述高纯、高Alb含量聚合氯化铝制备操作条件相同。
实施例3：
1) 在反应器中加入高纯氢氧化铝粉末和去离子水，控制氢氧化铝浓度为39%。
2) 向反应器中加入浓度为21%的浓盐酸，控制浓盐酸与氢氧化铝粉末的摩尔比为2：1。
3) 将上述所制备的混合液在100℃、快速搅拌条件下反应4h。
4) 所得浆液在反应器中静置40min、沉淀；上清液通过液体输送管道进入纳滤装置，在0.5MPa过滤压力、纳滤膜膜孔大小为1nm的条件下过滤50min，其浓缩液即为高纯、高Alb含量聚合氯化铝溶液。
5)将含酸和低聚度聚合氯化铝的滤液返回至前端反应器，代替部分去离子水与高纯氢氧化铝粉末混合后续操作与上述高纯、高Alb含量聚合氯化铝制备操作条件相同。
实施例4：
1) 在反应器中加入高纯氢氧化铝粉末和去离子水，控制氢氧化铝浓度为39%。
2) 向反应器中加入浓度为22%的浓盐酸，控制浓盐酸与氢氧化铝粉末的摩尔比为1：1。
3) 将上述所制备的混合液在100℃、快速搅拌条件下反应5h。
4) 所得浆液在反应器中静置30min、沉淀；上清液通过液体输送管道进入纳滤装置，在0.6MPa过滤压力、纳滤膜膜孔大小为2nm的条件下过滤50min，其浓缩液即为高纯、高Alb含量聚合氯化铝溶液。
5)将含酸和低聚度聚合氯化铝的滤液返回至前端反应器，代替部分去离子水与高纯氢氧化铝粉末混合后续操作与上述高纯、高Alb含量聚合氯化铝制备操作条件相同。
实施例5：
1) 在反应器中加入高纯氢氧化铝粉末和去离子水，控制氢氧化铝浓度为42%。
2) 向反应器中加入浓度为23%的浓盐酸，控制浓盐酸与氢氧化铝粉末的摩尔比为1.5：1。
3) 将上述所制备的混合液在95℃、快速搅拌条件下反应4h。
4) 所得浆液在反应器中静置30min、沉淀；上清液通过液体输送管道进入纳滤装置，在0.6MPa过滤压力、纳滤膜膜孔大小为1nm的条件下过滤40min，其浓缩液即为高纯、高Alb含量聚合氯化铝溶液。
5)将含酸和低聚度聚合氯化铝的滤液返回至前端反应器，代替部分去离子水与高纯氢氧化铝粉末混合后续操作与上述高纯、高Alb含量聚合氯化铝制备操作条件相同。
实施例6：
1) 在反应器中加入高纯氢氧化铝粉末和去离子水，控制氢氧化铝浓度为42%。
2) 向反应器中加入浓度为24%的浓盐酸，控制浓盐酸与氢氧化铝粉末的摩尔比为2：1。
3) 将上述所制备的混合液在90℃、快速搅拌条件下反应5h。
4) 所得浆液在反应器中静置40min、沉淀；上清液通过液体输送管道进入纳滤装置，在0.6MPa过滤压力、纳滤膜膜孔大小为2nm的条件下过滤40min，其浓缩液即为高纯、高Alb含量聚合氯化铝溶液。
5)将含酸和低聚度聚合氯化铝的滤液返回至前端反应器，代替部分去离子水与高纯氢氧化铝粉末混合后续操作与上述高纯、高Alb含量聚合氯化铝制备操作条件相同。
分别测定实施例1~6制得的聚合氯化铝的特性粘度，及对水源水中胶体颗粒的去除率，数据详见表1。
表1 聚合氯化铝的性能参数
产品性能
Al<sub>b</sub>含量（%）
水源水中胶体颗粒去除率（%）
实施例1
51.2
95.6
实施例2
52.0
96.4
实施例3
51.7
95.7
实施例4
50.9
96.8
实施例5
51.8
96.4
实施例6
51.5
95.9
由上表1可以看出，本发明关于一种高纯、高Alb含量聚合氯化铝的制备方法制备出的产品性能优异且稳定、Alb含量较高、对水源水中胶体颗粒具有较好处理效果的聚合氯化铝溶液。说明这是一套切实可行、效果又优异的聚合氯化铝絮凝剂的制备方法。
最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
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