摘要：制备了聚合氯化铝铁-淀粉-丙烯酰胺(PAFC-ST-AM)复合絮凝剂, 考察了复合反应条件，PAFC与ST-AM的质量配比、反应液的pH值、复合反应时间等因素，设计了正交L9(34)试验，通过对含磷模拟废水的絮凝试验，得出最佳的合成、应用条件，结果显示，当PAFC:ST-AM为4:1，投加量为5ml/500ml、废水pH值为8时，磷的去除率可达92.36%。

　　关键词：聚合氯化铝铁;淀粉-丙烯酰胺;复合絮凝剂

　　中图分类号：TQ314.253 文献标识码：A 文章编号：

　　无机高分子絮凝剂在絮凝效果方面优于传统的絮凝剂，且对各种复杂成分的水处理适用性强，但与有机高分子絮凝剂相比，在聚合度及相应絮凝效果方面要差，且生成的絮体小,投加量大等缺点。有机高分子絮凝剂具有用量少，絮凝速度快，受pH及温度影响小的优点，但是价格昂贵，难以推广使用。将两种絮凝剂结合起来复配使用，利用无机絮凝剂的高正电荷密度和有机高分子絮凝剂的桥连作用，两者产生协同作用，能够提高絮凝处理能力，既带有两者双重的优点，又避免了两者的不足。因此，近年来无机-有机复合高分子絮凝剂的研究成为热点[1]。利用复配絮凝剂处理废水时，无机絮凝剂只需很少的投加量就能达到同样的处理效果，并且缩短了静置沉淀时间，同时产生的污泥量少[2]。

　　聚氯化铝铁(PAFC)是一种新型的高效无机絮凝剂，它兼有铝盐和铁盐混凝剂的优良性能，具有沉降速度快，形成絮体大，pH适应范围广等特点。淀粉与丙烯酰胺接枝共聚物(ST-AM )有机高分子絮凝剂以刚性的淀粉亲水链为骨架,配以柔性的丙烯酰胺支链,形成刚柔相济的网状大分子结构[3]，它既保持了聚丙烯酰胺(PAM)优良的絮凝性能,又降低了成本,提高了废水的可生化性, 减小了二次污染。但由于ST-AM为非离子型絮凝剂, 一般需要胺甲基化成为阳离子型絮凝剂。但胺甲基化法具有成本高、过程繁琐的缺点[4]。复合絮凝剂的效果大大优于单独使用絮凝剂的效果,具有投加量少，絮体形成快, 价格便宜等优点[5]。

　　1.实验部分

　　1.1 实验材料及仪器

　　AlCl3·6H2O(AR)，FeCl3·6H2O(AR)，NaOH(AR)，淀粉(ST)，丙烯酰胺(AM)，硫酸高铈，磷酸氢钾，高岭土;HJ-3定时恒温磁力搅拌器，DELTA 320PH酸度计，JJ-4型六联电动搅拌器，恒温水浴锅，721-A型分光光度计。

　　1.2 PAFC-ST-AM的合成

　　1.2.1 PAFC絮凝剂的合成

　　以AlCl3和FeCl3溶液为原料，在磁力搅拌器的快速搅拌下，用梨形漏斗缓慢滴加NaOH溶液，聚合时间为4h。经聚合、浓缩，最后得棕黄色的固体产品聚合氯化铝铁(PAFC)。依AlCl3、FeCl3和NaOH添加量可制备出不同碱化度B(B=[OH]/[Al+Fe]),不同铝铁摩尔比(nAl:nFe)的PAFC产品。测定Al2O3含量为14~20%(不同nAl:nFe、碱化度B)，盐基度为31~86%;

　　1.2.2 ST-AM共聚物的合成

　　将准确称量的淀粉用去离子水配成悬浊液, 加入带有搅拌杆、分液漏斗、氮气保护装置及冷凝管的四口烧瓶中，调节恒温水浴温度75～85 ℃，使淀粉糊化90min;降温并搅拌30min, 再加入一定量的硫酸高铈引发剂及按一定比例准确称量的丙烯酰胺,反应一定时间，所得产物为ST-AM溶液。将产物ST-AM用乙醇沉淀、洗涤,在50℃下真空干燥,提纯后备用。乳液用乙醇沉淀，并洗去残留单体及引发剂，真空干燥至质量恒定，称量。再将干燥产物用V(乙二醇):(冰醋酸)=6:4的混合溶剂浸泡数小时。然后弃去上清液。再加人混合溶剂。如此反复3-5次，以除去PAM均聚物，最后将不溶物和混合溶剂抽滤，并用乙醇洗涤，真空干燥至质量恒定。

　　1.2.3 PAFC-ST-AM的合成及表征

　　将固体粉末状PAFC按一定比例配成溶液待用。将按不同比例合成的ST-AM溶液缓慢滴加到强烈搅拌的PAFC溶液中，至一定的无机与有机絮凝剂的质量比(AF/SA)。控制反应温度,调整反应液pH，反应一定时间后室温熟化1d，定容至一定体积，即得一定浓度的复合絮凝剂。

　　采用德国BRUKER公司生产的Vertex 70型傅里叶变换红外光谱仪测定PAFC-ST-AM的微观结构，以KBr为压片，扫描范围为400~4000 cm-1。

　　1.3 试验水质

　　模拟含磷废水的配制：称取一定量的磷酸二氢钾溶于20L水中，使含磷量为5mg/L，加入一定量的高岭土，测其浊度为146NTU。

　　1.5 试验方法

　　本絮凝试验采用烧杯试验法，对模拟含磷废水进行絮凝试验。取水样500ml于1000ml烧杯中，然后在高速搅拌下投加絮凝剂，继续搅拌2min, 然后调速到85~100r/min，搅拌10min左右，最后在慢速50r/min下搅拌5min，然后静置沉降5min，用移液管在液面下3 cm处取上清液，测定其相关指标。试样浊度采用GB13200-91分光光度法测定，试样磷含量测量方法是钼锑抗分光光度法(GB11893-89)测定。

　　去除率%=(A0-A1)/A0×100%

　　式中：A0为水样处理前的吸光度;A1为水样处理后的吸光度。

　　2. 试验结果与分析

　　2.1 产品的红外光谱分析

　　图1 ST-AM红外光谱图 图2 PAFC-ST-AM红外光谱图

　　图1中，可知接枝后的红外图谱在3330cm-1，为胺基-NH2的伸缩振动吸收峰，这是-OH与-NH2的伸缩振动的吸收峰相互重叠而产生，-NH2的伸缩振动的吸收峰本应该是双峰，可由于与强宽的羟基吸收峰相叠加，只能看到一肩峰。在2920cm-1附近为亚甲基-CH2-的伸缩振动吸收峰，1670cm-1附近为酰胺基团中羰基=C=O的伸缩振动吸收峰，对于淀粉接枝丙烯酰胺的红外光谱图1020-3442cm-1之间的吸收峰特别明显，表明淀粉接枝丙烯酰胺上带有C=O基团即酰胺基，这说明丙烯酸胺已经与淀粉发生了接枝反应。另外，淀粉接枝丙烯酰胺分子上带有聚丙烯酰胺链，在指纹区呈现出聚丙烯酰胺的特征。

　　图2中3448cm-1附近为-NH2的伸缩振动吸收峰，也是淀粉葡萄糖单元上的-OH的对称伸缩振动，这与PAFC中的Al-OH、Fe-OH、H-OH峰三种羟基伸缩振动进行了迭加。2930cm-1为亚甲基-CH2-的伸缩振动吸收峰，1669cm-1为酰胺基团中羰基的伸缩振动吸收峰。

　　2.2对模拟含磷废水的最佳投加量的确定

　　图3 投加量对除磷效果的影响 图4 水样pH值对除磷效果的影响

　　将合成的PAFC配成浓度为3g/L的溶液，与PAFC-ST-AM复合絮凝剂加以对比，测定相关因素对除磷效果的影响。

　　图3是PAFC-ST-AM与PAFC除磷的效果比较，从图可以看出，随着投加量的增加，除磷率逐渐增加，在投加量为3ml/500ml后，除磷率增幅减小，变化不大，最高时达到96.8%，为了经济其间在后续实验中确定PAFC-ST-AM的投加量为3ml/500ml。PAFC-ST-AM的除磷明显好于PAFC，而且PAFC的投加量大，在4ml/500ml(即为24mg/L)时除磷率最高为67.8%。

　　2.3 水样pH对除磷效果的影响

　　配制一系列不同pH值的模拟含磷废水，用合成的PAFC-ST-AM和PAFC絮凝剂进行絮凝除磷实验，效果如图4所示。在pH值为6～12范围都有很好的除磷率，PAFC-ST-AM除磷最高为94.0%， PAFC在pH为8时达到了最高，为62.5%。自制的复合絮凝剂具有较宽的pH使用范围。

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