各种絮凝剂的性能、制备方法和应用

各种絮凝剂的性能、制备方法和应用聚合三氯化铁(PFC)

a.物化性能：棕黄色粘稠液体。相对密度1.450，酸性，易溶于水。聚合氯化铁是20世纪80年代后期，针对铝盐絮凝剂残留铝对人体带来严重危害及铝的生物毒性等问题，铁盐絮凝剂混凝效果差、产品稳定性不好等不足，研制开发的新型无机高分子絮凝剂。聚合氯化铁絮凝效果与三氯化铁比较要高得多。当处理的水温较低时，效果更明显。

b.制备方法：在三氯化铁溶液中加入氢氧化钠，生成碱式氯化铁一钠，加入氢氧化钙生成碱式氯化铁一钙。要求铁离子(Fe3+)浓度在0.01～0.75mol/L，氢氧根与铁的比(OH/Fe)在0～2.5之间。具体配制如下：将10mL0.5mol/L六水氯化铁(FeCl3·6H2O)用水稀释到200mL，在快速搅拌下，缓慢地加入50mL0.25mol的氢氧化钠，控制碱化度为11%左右，即为产品。每次制备数量不宜过多，制备后立即使用。存放不得超过20h，否则溶液将发生变化。

c.产品应用：该产品可用于生活用水及生产给水的净化处理。可直接计量投加或适当稀释后投加，用做原水处理时有效投加量20～50mg/L，适用pH值范围广，处理后水的pH降低不大，不增加水的色度，是一种新型高分子絮凝剂。

聚合氯化硫酸铁(PFCS)

a.物化性质：棕黄色粘稠液体，无味或略带氯气味。相对密度1.450，酸性，易溶于水。

b.制备方法：

(1)以FeSO4为原料，FeSO4用量为23%～64%，水用量为15%～20%,催化剂用量为2%～8%，次氯酸钠为氧化剂，充分搅拌反应3h，静止熟化后过滤，即得产品。

(2)以硫酸铁为原料，以氯气为氧化剂，使二价铁氧化为三价铁离子，然后以氢氧化钠中和调整碱化度，同时加入氯化钙为稳定剂，反应0.5h，可得到液体产品。

c.产品应用：该产品可用于生活用水及生产给水的净化处理。可直接计量投加或适当稀释后投加，用做原水处理时有效投加量20～50mg/L，适用pH值范围广，处理后水的pH降低不大，不增加水的色度，是一种新型高分子絮凝剂。

聚磷硫酸铁(PPFS)

a.物化性能：深红棕色液体，经浓缩、干燥得红棕色固体。聚磷硫酸铁是新型无机高分子净水剂，它是在聚合硫酸铁的基础上引入磷酸根而合成的。其特点是不仅可以用于pH范围广的水质，而且其水解、沉降速度快，对废水中的S2-，COD、浊度有较高的去除率。

b.制备方法：聚磷硫酸铁的制备原理是先由硫酸亚铁经氧化制备聚合硫酸铁，然后向聚合硫酸铁溶液中加入计量的磷酸钠，在一定的温度下，反应一段时间后，即生成聚磷硫酸铁，将溶液浓缩干燥，可得红棕色固体产品。

在反应器内加入硫酸亚铁，然后加入计量的98%的浓硫酸和30%的过氧化氢水溶液，将其加热至80℃反应2h。然后再加入计量的磷酸钠，在80℃下，反应0.5h即得深红棕色液体，产物经浓缩、干燥，得红棕色固体。

c.产品应用：聚磷硫酸铁是一种低温低浊度的净水剂，pH范围在7～10之间混凝效果最佳，对COD有好的去除效果。

聚硅硫酸铝(PASS)

a.物化性能：聚硅酸硫酸铝是无色透明液体，有效浓度2%左右。

b.制备方法：一般由含有适量硫酸根的聚合氯化铝、聚合硫酸铁等作原料。王德英等报道了用Al3+∶SiO2=1∶1的摩尔比，用硅酸钠、硫酸和硫酸铝作原料制备聚硅酸硫酸铝絮凝剂。其过程为：取计量的硅酸钠，用去离子水溶解后，用硫酸溶液调pH值到一定范围。将计量的硫酸铝加入到硅酸溶液中，用水稀释到二氧化硅含量为2%,充分搅拌后，放置2h即制得聚硅酸硫酸铝絮凝剂。

c.产品应用：聚硅酸硫酸铝是一种低温低浊度的净水剂，pH范围在7～10之间混凝效果最佳，对COD的去除效果也比较好。

三氯化铁

a.物化性能：固体产品为褐绿色晶体，密度2.898mg/cm3，熔点282℃，在空气中极易吸收水分而潮解。液体产品为红棕色溶液。易溶于水、乙醇、甘油、乙醚和丙酮，难溶于苯。氯化铁应用于水处理做絮凝剂，在20世纪70年代初期，因其良好的溶解性能及优良的絮凝效果，一度引起广泛的关注。但由于其强烈的吸水性，为包装、储存和运输带来不便，使其应用受到一定的限制。

b.制备方法：原料可用铁屑或铁粉、盐酸。为综合利用，也可用烧渣，烧渣中含铁为20%～30%。

其反应式如下：

2Fe+6HCl→2FeCl3+3H2↑

向带蒸汽夹套的反应锅内加入30%～31%的盐酸，加热到40～50℃时，加入烧渣。烧渣与盐酸的质量比为(0.3～0.5)∶1，进行搅拌，当反应锅内溶液达到38～80波美度时，停止加渣，继续搅拌，反应1～1.5h。当料达到40～42波美度时，反应基本完成。将反应溶液移入另一容器内，静止一昼夜，上部黄色透明液体为三氯化铁。然后将其蒸发浓缩至55～60波美度时，即可冷却结晶，经过1～2d，析出棕黄色粒状三氯化铁结晶，纯度可达85%以上。在生产中要控制好温度和波美度。

c.产品应用：该产品用于饮用水及工业给水净化处理。液体产品可直接计量投加，固体产品需在溶解池调配成10%～20%溶液后计量投加。固体产品吸湿性极强，开封后最好一次性配成溶液，有效投加浓度一般在10～50mg/L。产品腐蚀性强，投加设备需进行防腐处理，操作工人应配备保护设施。

可用于活性污泥脱水。使用的pH值范围为6.0～11.0，最佳的pH值范围为6.0～8.4。通常的用量为5～100mg/L。形成的絮凝体粗大，沉淀速度快，不受温度的影响。用它来处理浊度高的废水，效果更显著。它的腐蚀性大，比硫酸亚铁的腐蚀性强，能腐蚀混凝土和使某些塑料变形。当它溶解于水时，产生氯化氢气体，污染周围环境。三氯化铁不仅可做絮凝剂，也可做防水剂等。聚天冬氨酸(PASP)

a.物化性能：淡黄色透明水溶液。

b.制备方法：PASP的合成一般有以下两种：

(1)L-天冬氨酸无水热聚合。L-天冬氨酸(L-ASP)呈白色叶状结晶粉末，在自然界存在于甜菜的糖蜜、乳白朊、蛋白朊、牛乳酪朊等各种蛋白质中。可用固定化天冬氨酸酶以反丁烯二酸为底物生产L-ASP，天冬氨酸是少数几个可加热均聚的氨基酸之一。

加热天冬氨酸可生成线形热塑性缩聚产物聚琥珀酰亚胺，用碱溶液对聚琥珀酰亚胺进行水解，可得到无规共聚物。与通常只具有L-氨基酸的天然蛋白质相比，聚合物具有完全的外消旋性。反应过程较容易控制并且重复性好。单体到聚合体的转化率可达到95%以上。加入催化剂可在聚合过程中形成熔融相以调整聚合物的分子量。

(2)顺丁烯二酸热聚合。聚琥珀酰亚胺亦可由顺丁烯二酸和氨水在160℃下热聚合生成，这样得到的聚天氨冬酸的相对分子质量通常小于2500。

c.产品应用：聚天冬氨酸(PASP)属于聚氨基酸中的一类。从环境相容性考虑，可生物降解性使其成为特别有价值的水处理剂。利用后的聚天冬氨酸可高效、稳定地被微生物、真菌降解为对环境无害的最终产物。作为阻垢剂特别适合于抑制冷却水、锅炉水的碳酸钙垢和膦酸钙垢的形成。一般用量为0.2～2mg/kg，对碳酸钙的阻垢率可达100%。

聚-2-丙烯酰基-2-甲基丙磺酸钠

a.物化性能：无色透明或淡黄色透明粘性液体。

b.制备方法：聚-2-丙烯酰基-2-甲基丙磺酸钠的制备可分为两步进行。

(1)2-丙烯酰基-2-甲基丙磺酸单体制备。在装有搅拌器、回流装置、分液漏斗、温度计的反应釜内，用高纯氮赶走空气，加入丙烯腈和98%的浓硫酸，升温至30～60℃水解，使丙烯酰胺生成量至少有丙烯腈质量分数的1%后，加入异丁烯，于30min内加完，搅拌1min，加入少量水，然后冷却滤去沉淀物，用丙烯腈洗净后干燥，可得2-丙烯酰基-2-甲基丙磺酸无色晶体，收率77.8%，纯度98.8%，其25%的水溶液的色泽为(APHA)10。用氢氧化钠中和可得到2-丙烯酰基-2-甲基丙磺酸钠。

(2)溶液聚合。按化学计量的N-丙烯酰基-N-甲基丙磺酸钠溶于适量的去离子水中，加入到装有电动搅拌器、回流冷凝器、滴液漏斗的聚合反应器中。将计量的过硫酸铵用适量的去离子水配成稀溶液，放入滴液漏斗中。开动搅拌并将反应温度缓缓升至85～90℃,保持此温度并在搅拌下滴加溶有计量的过硫酸铵的水溶液。控制滴加速度在3～4h内加完，加完后保持反应温度继续反应1h，停止加热，将反应液冷至室温。

c.产品应用：由N-丙烯酰基-N-甲基丙基磺酸钠经自由基均聚合反应制得的聚N-丙烯酰基-N-甲基丙磺酸水溶性磺酸型大分子，是一种磺酸型阻垢分散剂。磺酸基所起的作用使大分子本身具有分散污垢颗粒，溶解难溶盐类的能力。这类阻垢分散剂一般不单独使用，多与其他药剂复配。

苯乙烯磺酸钠

a.物化性能：无色透明或淡黄色透明粘性液体。

b.制备方法：

(1)苯乙烯磺酸钠的制备。用98%的浓硫酸作磺化剂，Ag2SO4作催化剂，对苯二酚作阻聚剂。浓硫酸：苯乙烯(摩尔比)=2∶1，催化剂质量分数1%，阻聚剂质量分数1%。当温度为54℃时开始加料，加完料升温至70℃，恒温反应2～2.5h，得到棕色溶液，再用氢氧化钠中和，即可得到苯乙烯磺酸钠单体。

(2)聚苯乙烯磺酸钠是由苯乙烯磺酸钠在水溶液中由过硫酸钠作引发剂，经自由基均聚合反应制得。将一定量的去离子水加入到装有电动搅拌器、回流冷凝器、滴液漏斗的聚合反应器中，称取定量的苯乙烯磺酸钠单体溶入反应器中的去离子水中，在搅拌下将反应温度缓慢升至85～90℃，然后滴加用去离子水配制的计量的过硫酸铵水溶液，控制滴加速度，使反应在90℃左右聚合反应3～4h，停止加热，冷却至室温，即制得相对分子质量适中的聚苯乙烯磺酸钠水溶液。

c.应品应用：聚苯乙烯磺酸钠用作工业冷却水系统的阻垢分散剂具有独特作用，大分子链上的磺酸基团，使其具有很强的浸润分散作用，能将较大的污垢颗粒分散成微小颗粒并悬浮于水中，对系统中已有的老垢也能使其逐渐分散溶解直至消除垢层。另外，由于磺酸基在水中能够稳定有机膦酸基团，对多种金属盐有增溶分散作用，因此能与其他阻垢分散剂配合使用，并起增效协同效应。丙烯酸-丙烯酸-β-羟丙酯-次磷酸钠调聚物

a.物化性能：黄色透明液体。

b.制备方法：由丙烯酸、丙烯酸-β-羟丙酯和次磷酸在含有引发剂的溶剂中反应而得。所用溶剂有水、醇或二噁水溶液。引发剂可选用双偶氟异亚硝酸异丁酯，有机过氧化物如过氧化苯、过氧化甲基乙基甲酮、二叔丁基过氧化物，以及氧化剂如过氧化氢、过硼酸钠和过硫酸钠等。

丙烯酸-β-羟丙酯可由丙烯酸与环氧丙烷反应制得。次磷酸可由次磷酸氢钠经离子交换树脂处理制取。反应产物为溶液，可通过蒸发方法除去其中部分或全部溶剂。本产品可不经精制直接使用。

(1)将丙烯酸-β-羟丙酯22.5g和丙烯酸37.9g混合备用。在内装40.1g水、13.2g次磷酸和0.38g过氧化苯甲酰的烧瓶中，加入上述混合物6g，升温至95～98℃，并在100℃下回流。之后，将余下的混合物经加料漏斗滴加到烧瓶内，当滴加5～10mL后，即能观察到回流速度加快，反应液变得粘稠。而后，在10min内将剩余的混合物慢慢地加入瓶内，回流速度随之加快，聚合反应发生，如此在100℃下回流3h，最后将反应物放置过夜，即可得到含固量54.5%的液体产品。产品的组成为丙烯酸∶丙烯酸-β-羟丙酯∶次磷酸=3∶1∶1(摩尔)。

(2)将6.37g过硫酸钠及100g水的溶液和54g丙烯酸与9.75g丙烯酸-β-羟丙酯的混合液，于2h以上滴加到75℃的4.54g次磷酸钠的52g水的溶液中，加完后，升温至85℃并保持1.5h，可得到质量分数为33.1%的丙烯酸-丙烯酸-β-羟丙酯-次磷酸钠调聚物221g。

c.产品应用：本品能有效抑制水系统碳酸钙和磷酸钙结垢，对钙离子具有很高的容忍性能，除适用于钙离子浓度≥300mg/L的循环冷却水值系统外，还宜在锅炉水系统，洗涤塔系统，盐水脱盐、除尘系统以及反渗透等水系统中使用。

本调聚物经瑞士全国腐蚀工程师协会阀限值试验，使用质量浓度分别为7.5mg/L和10mg/L，抑制碳酸钙沉积作用为80%和90%。在水系统中的投加剂量为2.5～100mg/L。与其他化学品具有相容性，在冷却水系统操作中，可与无机磷酸盐、有机膦酸盐、有机膦酸酯以及多价金属盐如锌盐等配伍使用，以提高对于水系统的缓蚀阻垢能力。

液态氯

a.物化性能：黄氯色透明液体，密度1.468g/cm3(0℃)，沸点-34.6℃，溶点-100.98℃。常压下为气体，1kg液氯气化后可得到300L气体氯，具有强烈刺激性和腐蚀性。性质很活泼，能溶于水，溶解度随水温的升高而减少；虽不自燃，但可以助燃，在日光下与其他易燃气体混合时会发生燃烧和爆炸，可以和大多数元素或化合物起反应。剧毒。

液态氯是一种强氧化性杀生剂，用于水处理中杀菌消毒的历史最悠久。液氯的杀菌机理是依靠水解生成的次氯酸，次氯酸通过向微生物的细胞壁扩散，与原生质反应，与细胞的蛋白质生成化学稳定的N—C1键。氯能氧化微生物的某些活性物质，抑制并杀死微生物。

b.产品应用：液态氯是应用广泛的杀菌效率高、速度快、费用低的氧化性杀生剂；一般采用加氯设备冲击式加氯，每天加氯一次，一般控制水中余氯在0.2～1.0mg/L范围内1～2h；加氯的频次，余氯控制量，保持余氯时间应视系统具体情况而定。

由于氯的杀生作用主要取决于次氯酸的浓度，低pH值系统对次氯酸的存在有利。因此，液氯用于pH值6.5～7.5的循环水系统最佳。

近年来，人们研究了不同pH值条件下用氯去除生物膜的情况。结果表明，去除速率在pH值9时比pH值6～7时高2～4倍。还有实验表明，在高pH值条件下，氯存在的时间较长，也就是损失较少。为此，提出在碱性条件下，采用连续通氯方式，只要较小的剂量(0.2～0.5mg/L)就能达到控制微生物的目的。从许多循环水系统运行结果发现，氯的杀菌作用确实随pH值的升高而降低，但变化幅度并不如理论上的大。循环冷却水pH值提高，液氯杀菌效果也不错，但液氯的消耗要大一些。连续通氯可能会使循环水总碱度降低，增加水的腐蚀性。

由于氯具有很强的氧化性，它能不同程度地氧化(破坏)冷却水中的某些有机缓蚀阻垢剂；氯还能与水中的有机烃类反应生成氯代烃，该类物质已被证明具有致癌性，而且排放的废水中游离余氯对水生生物有毒害作用。

液态氯不是一种粘泥剥离剂，因此最好与非氧化型杀生剂、粘泥剥离剂配合使用。当循环水系统冷却器发生介质严重泄漏，烃类或胺类严重污染时，会使氯耗剧增，此时最好停止通氯。

次氯酸钠

a.物化性能：固态次氯酸钠为白色粉末，在空气中极不稳定。受热后迅速分解，在碱性状态时较稳定。易溶于水生成烧碱和次氯酸。其稳定度受光、热、重金属阳离子和pH值影响。具有刺激性气味。

b.制备方法：次氯酸钠的制备方法有多种，工业上常用的方法为液碱氯化法。将一定量的液碱，加入适量的水，配成30%以下氢氧化钠溶液，在35℃以下通入氯气进行反应，待反应溶液中次氯酸钠含量达到一定浓度时，即得次氯酸钠产品。

c.产品应用：该产品是一种氧化性杀菌剂，其杀菌机理与液氯相似。工业循环水中一般用次氯酸钠溶液。同时，还使循环水的pH值有所提高。因此，在以液氯为杀菌剂的循环水体系中，在pH值也下降严重的情况下，用较大剂量的次氯酸钠冲击投加，使余氯和pH的指标都能保证。

次氯酸钠适用于pH值为6.0～8.5循环水体系，一般采用冲击式投加，加药量一般为100mg/L。高浓度的次氯酸钠(100～1000mg/L)可做粘泥剥离剂，但有增加腐蚀的倾向，使用时应慎重。冲击式投加该产品的特点是余氯很快消失，维持有效时间短。

臭氧

a.物化性能：臭氧常温常压下为淡紫色气体，是氧的同素异性体。相对密度1.6(气体)，熔点-192℃，沸点-112℃，有特殊臭味。常温下分解缓慢，高温下分解迅速，具有极强的氧化能力。

b.制备方法：臭氧的制备原理是由电源提供能量使氧-氧键断裂，重新生成三原子臭氧分子。臭氧是使干净、干燥的空气在高压(15000～20000V)电极和接地电极之间通过而发生的。电极间有几个毫米的空气间隙，并有高压介电材料隔开。

c.产品应用：冷却水系统使用臭氧作杀菌剂后，能有效控制微生物，使循环水中COD和AOX(有机氯化合物)数量控制在很低水平，从而得到优良的水质。臭氧还能去除换热器中的有机物和策生物，改善传热效果。另外，臭氧处理还能清除掉冷却塔上生长的藻类，并改善冷却水的目视透明度。臭氧可从不同部位加入冷却水系统中，例如：可加入到冷却水池中或加到冷却水泵的出口。在较为简单的冷却水系统中，只需在一处加入臭氧就足够了，但对于复杂的、多个支路的体系，建议在几个不同部位分别加入臭氧，使臭氧能较好地分布。另外，臭氧可与阻蚀剂和稳定剂进行联合处理，选择的缓蚀阻垢剂应是稳定性能好，不易被臭氧分解的药剂。

在制定臭氧化操作的规程时，需要考虑的重要参数是实际冷却水系统的工况，水量以及补水和循环水的水质，尤其是COD及pH值。在实际运行的实例中，一般选择0.1mg/L臭氧浓度，臭氧剂量可随COD水平上升和微生物活动增多而相应增加。值得注意的是，臭氧易发生热降解，当温度在54℃以上时，臭氧就不是一种有效的氧化剂了，在这一温度下，臭氧的寿命很短，不足以使细菌和烃类污染物氧化。烃类或胺类污染过重也会使臭氧处理效果下降，臭氧在冷却塔水的溶解度为3mg/L左右，而冷却水系统中一般选择的臭氧浓度为0.1mg/L，在有严重的化学品污染下，臭氧被大量地消耗，因此不能有效地发挥作用。过氧乙酸

a.物化性能：无色透明液体，弱酸性，有强烈刺激性气味，并带很强的醋酸气味，易挥发。相对密度1.226(15℃)，沸点105℃，凝点0.1℃，易溶于水和有机溶剂，溶解性与醋酸相似。活性氧含量一般为21%左右，110℃时，发生强烈的爆炸。

b.制备方法：

(1)过氧化氢法。在硫酸作用下，由乙酸和过氧化氢反应，用质量分数4%的磷酸或8-羟基喹啉作稳定剂。其反应式为：

CH3COOH+H2O2→CH3COOOH+H2O

将冰醋酸与2/3双氧水混合，搅拌30min后，再加入剩余的双氧水和浓硫酸，继续搅拌反应3h，加入少量8-羟基喹啉或磷酸，搅拌后放置72h即得。

(2)乙醛直接氧化法。在不锈钢反应釜中，以醋酸钴、酒石酸盐作催化剂，以丙酮或乙酸乙酯作溶剂，将空气直接通入乙醛溶液中氧化生成过氧乙酸，反应温度控制在65～100℃，空气压力1.47MPa。

c.产品应用：在环境中没有任何残留，与阻垢剂、缓蚀剂的相容性好，是一种非常有推广前途的工业冷却水、淡水杀菌剂，杀菌能力强，既可用作循环冷却水和油田回注水处理的杀菌剂，也可用于传染病的消毒、饮用水消毒、织物消毒和食品工业等。过氧乙酸还用作纺织、纸张、油脂、石蜡和淀粉的漂白剂。在有机合成中作为氧化和环氧化剂，如用于环氧丙烷、甘油、己内酰胺的合成中。

十六烷基氯化吡啶

a.物化性能：白色固体，一般带一分子结晶水，其熔点为77～83℃。极易溶于水、乙醇，可溶于氯仿，几乎不溶于苯、乙醚。1%的水溶液的pH为6.0～7.0。强力振荡其水溶液会产生丰富的泡沫。具有良好的表面活性和杀菌消毒性能。

b.制备方法：在48mLSOCI2和0.3g二甲基甲酰胺混合物中，搅拌下控制温度30～35℃，滴入81g十六醇。滴毕，混合物煮沸30min，冷却，蒸馏138～140℃(270Pa)馏分，为氯代十六烷，收率92.2%。

将80g氯代十六烷和32g干吡啶油浴加热到150～160℃，反应12～15h。反应毕，加入80mL干丙酮，混合物水浴加热溶解后再冷却得94%收率的产品。熔点为87～88℃。

c.产品应用：该产品属于含氮阳离子表面活性剂，主要用作杀菌消毒剂。在同等使用条件下，该产品对异养菌、铁细菌和硫酸盐还原菌的杀灭率均优于十二烷基二甲基苯甲基氯化铵、十二烷基二甲基苯甲基溴化铵及其他常用的季铵盐杀菌剂。例如在10mg/L的用量下，本品对异养菌、铁细菌和硫酸盐还原菌的杀灭率分别为99.9%，99.9%和99.99%。本品可用于工业水处理系统的杀菌灭藻、粘泥剥离和系统清洗。在使用过程中，本品与洁尔灭等其他季铵盐杀菌剂一样，具有同样的注意事项，例如起泡、和其他阴离子物的缔和沉降等问题。使用时可采用冲击式投料，一般使用浓度为20～80mg/L。

氢氟酸

a.物化性能：无色澄清发烟液体。为氟化氢