作者：张毅
目前常用的净水剂有聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚硫氯化铝、聚丙烯酰胺、辣木天然净水剂、微生物絮凝剂、高分子絮凝剂等。聚硫氯化铝（简称PACS）净水剂是一种具有广阔发展前景的无机高分子高效水处理剂，在自来水和废水处理中已得到了广泛的应用。因其净水混凝性能好，絮凝体大，用量少，效率高，沉降快，适用范围广，成为国际上公认的优良净水剂。笔者对贺州某公司需要处理的废酸成分进行分析，发现其中含有制备聚硫氯化铝所需的Al3+、Cl-、SO42-等成分，因此，通过工艺设计，以废酸液为主要原料，采用凝胶酸溶法合成PACS净水剂，考察了PACS净水剂合成的影响因素，并对产品进行形貌分析和性能检测。
1 实验部分
1.1试剂与仪器
主要试剂：废酸，由贺州桂东电子责任有限公司提供；氨水、盐酸、硝酸银、氟化钾、EDTA、氢氧化钠均为分析纯。
主要仪器：Hitachi S-4800扫描电镜；WGZ -1B浊度计；JB -3A恒温定时磁力搅拌器；AR224CN电子天平。
1.2 实验过程
取废酸100 m L于烧杯中，加入4 mol/L氨水调节pH，形成氢氧化铝凝胶，抽滤，转入三颈瓶中，加入50 m L废酸，磁力搅拌，在一定的温度反应一段时间，进行熟化，冷却重结晶，抽滤，烘干，得PACS净水剂。
将一定量的PACS净水剂加入到实验室用硅藻土配制的废水中，磁力搅拌，静置一段时间，测定原废水浊度和余浊度，计算去除率。
1.3分析方法
利用PACS净水剂将废水中的胶体、悬浮微粒通过净水剂的电荷中和作用使其脱稳形成细小的絮体沉降，使废水外观呈现清澈透明状。通过去除率对废水净化指标进行表征，去除率越高，废水净化效果越好，越能达到水质标准要求。去除率的计算公式：
去除率=[（原废水浊度-余浊度）／原废水浊度]×100%
2结果与讨论
2.1废酸成分分析
利用化学分析方法对实验用废酸进行成分浓度测定，结果如表1所示。
由表1可知，废酸中含有合成聚硫氯化铝的Al3、Cl-、SO42-，因此，可以废酸为原料，通过工艺设计探究合成聚硫氯化铝净水剂的最优工艺条件。
2.2凝胶pH对净水效果的影响
在反应温度为900C，反应时间为4h，熟化温度为60℃，熟化时间为6h，PACS投入量为40 mg/L，静置时间为0.5 h时，凝胶pH对净水效果的影响如图1所示。
由图1可以看出，随着pH的升高，聚硫氯化铝对废水的去除率先呈逐渐增大的趋势，当凝胶pH=7时达到最大值，pH继续升高，而净水能力反而降低。通过控制凝胶pH控制PACS中Al3+和OH的浓度，Al3+和OH -的浓度直接影响着净水效果。OH -在聚合反应过程中通过架桥作用与Al3+进行聚合形成高聚合度的氢氧化铝，在净水过程中，Al3+通过水解作用生成具有吸附能力的Al( OH)3胶体，胶体具有絮凝特性，对废水中的杂质起到吸附絮凝作用，使絮凝体长大并在重力作用下迅速沉降下来，从而达到水体的净化。因此，选择最适宜pH为7。
2.3反应温度对净水效果的影响
在反应时间为4h，熟化温度为60℃，熟化时间为6h，PACS投入量为40 mg/L，静置时间为0.5 h时，反应温度对净水效果的影响如图2所示。
由图2可以看出，随着反应温度的升高，PACS对废水浊度去除率逐渐增大，当反应温度达到900C时达到最大值，温度继续升高去除率反而下降。反应温度会对聚合过程产生影响，从而对净水剂的浊度去除率产生影响，反应温度过低，化学反应速率较慢，PACS的形成过程中配位键形成受阻，聚合度不高则废水去除率不高。反应温度过高，化学反应速率过快，聚合反应过程所形成的配位键会迅速断裂而导致净水剂的净水效果有所下降。所以最佳反应温度为90℃。
2.4反应时间对净水效果的影响
在反应温度为90C，熟化温度为60℃，熟化时间为6h，PACS投入量为40 mg/L，静置时间为0.5 h时，反应时间对净水效果的影响如图3所示。
由图3可以看出，当反应时间为2h时，PACS的净水去除率最高，反应时间大于2h后，PACS的净水去除率反而有所下降，此反应可以在较短时间内完成。这是因为时间过长，反应会产生一系列各种形态不一的聚合物，有些形态的聚合物净水效果不佳。因此，选择最佳反应时间为2h。
2.5熟化时间对净水效果的影响
在反应温度为90℃，反应时间为4h，熟化温度为60℃，PACS投入量为40 mg/L，静置时间为0.5 h时，熟化时间对净水效果的影响如图4所示。
由图4可以看出，熟化时间对PACS净水效果的影响是：熟化时间从3h到6h，去除率急剧提高，熟化时间大于6h后，去除率有缓慢下降的趋势。这是因为PACS在6h内可完成熟化聚合反应，此时，PACS中的Al3+、OH -、C l-、SO42 -能形成一定聚合度的高聚物并表现出优异的净水性能。因此，最佳的熟化时间选择为6h。
2.6熟化温度对净水效果的影响
在反应温度为900C，反应时间为4h，熟化时间为6h，PACS投入量为40 mg/L，静置时间为0.5 h时，熟化温度对净水效果的影响如图5所示。
由图5可以看出，随着熟化温度的升高，PACS净水去除率先升高后降低，当熟化温度为60℃时，去除率达到最大值。这是因为熟化是一个缓慢且温和的聚合过程，温度不宜过高，应在一定的温度下维持反应的持续进行。因此，PACS的最佳熟化温度选择为60℃。
2.7形貌分析
最优条件下合成的PACS的SEM图如图6所示。从图6可看出，PACS呈五面体形，粒径大约在10 μm内，每面晶形发育比较完全，表面仍有少量末发育的球形小颗粒，粒径大约为1μm。由此可知，PACS的长大经历从球形到五面体形的过程。
2.8性能检测
将40 mg用废酸合成的PACS净水剂加入到实验室用硅藻土配制的1L废水中，磁力搅拌5 min，静置0.5 h，添加PACS净化剂后，废水中的废弃物基本上全部沉降下来，浊度去除率可达96. 85%，并且PACS净水具有絮凝迅速，矾花体积大，易沉降的特点。
3结论
(1)以废酸为原料合成PACS净水剂的最优工艺条件：凝胶pH为7，反应时间为2h，反应温度为900C，熟化时间为6h，熟化温度为60℃。
(2)在PACS净水剂投药量为40 mg/L，静置时间为0.5 h，对模拟废水的浊度去除率可达
96. 85%。PACS呈五面体形，净水剂具有絮凝迅速，矾花体积大，易沉降的特点。
4摘要：以工业废酸为主要原料，采用凝胶酸溶法合成聚硫氯化铝净水剂，并对实验室配制的模拟废水进行净水效果试验。结果表明，当凝胶pH为7，反应时间为2h，反应温度为900C，熟化时间为6h，熟化温度为600C时，净水效果最优。在此工艺条件下，合成的聚硫氯化铝呈五面体形，对废水浊度去除率可达到96. 85%，净水具有絮凝迅速，矾花体积大，易沉降的特点。聚硫氯化铝净水剂的合成可解决企业废酸处理的问题。
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