ferron逐时络合比色法研究pafc的形态分布及转化

ferron逐时络合比色法研究pafc的形态分布及转化

聚氯铝铁（pac）是最近开发的一种新型的现代有机分子悬浮剂。它结合了聚氟铝和聚烯烯的优点，克服了聚氯铝（pac）处理后水中剩余铝浓度高、聚氯化铁（pz）的稳定性差的缺点，并在水的混合和沉淀处理中表现出较高的效率。聚合铝铁是铝系、铁系和铝铁共聚物的各种占优势的亚稳态或稳态形态的集合,其化学形态属于多核羟基络合物及无机高分子化合物,这些聚合形态在水处理混凝过程中发挥了关键的絮凝作用。通过研究絮凝剂的形态分布,可以选择最优凝聚形态和控制水解-聚合过程,这对开发高效聚合铝铁絮凝剂有着重要的实践意义。本文应用改进的Ferron逐时络合比色法对PAFC的形态分布特征和转化规律进行了研究,为后续聚合氯化铝铁絮凝剂的絮凝机理和性能研究奠定基础。1实验部分1.1碱化度和铝铁摩尔比对pafc产品pafc的制备在室温下,将新制的AlCl3和FeCl3溶液加入烧杯中,再加入一定量的水,用磁力搅拌器快速搅拌,然后缓慢滴加NaOH溶液,分别制备不同浓度、碱化度(B)和铝铁摩尔比(nAl:nFe)的PAFC产品。铝铁浓度用美国LEEMAN型ICP测定,产品浓度以铝铁总浓度[Al+Fe]计。1.2吸光度测定于50mL容量瓶中加入1mL的1∶1盐酸、2.3mL35%的NaAC溶液、5mL0.2%的Ferron试剂,振荡混匀。准确量取一定量的待测PAFC溶液加入容量瓶中,用去离子水稀释至刻度,充分混匀后以不含铝、铁的试剂作空白参比,于A1-Ferron和Fe-Ferron的等吸收点362nm波长处测定吸光度,并逐时记录。起初30min,每5min测一次吸光值;30~90min,每15min测一次吸光值;90~240min,每30min测一次吸光值。1.3-510-4ol/l用酸化的铝、铁的标准溶液绘制Al-Fe-Ferron反应的吸光度与浓度标准曲线。其中铝铁总浓度[Al+Fe]范围为10-5~10-4mol/L。以不含铝、铁的空白样为参比,于铝和铁的等吸收点362nm波长下测定Al-Fe-Ferron溶液的吸光值。以铝、铁标准溶液总浓度为横坐标,以相应的吸光值为纵坐标绘制标准曲线。实验结果表明在该浓度范围内,吸光度A与铝铁的总浓度有良好的线性关系。其线性关系方程为:A=0.2292C+0.0027,相关系数R2=0.9996。2结果与分析2.1ron活性物质本文采用改进的Al-Fe-erron逐时络合比色法,将PAFC中的铝铁总浓度[Al+Fe]T作为一个整体,以PAFC-Ferron反应时间划分形态类别:1min以内与Ferron快速反应的部分以[Al+Fe]a表示,主要包括自由离子及各级单核羟基络合物。在240min以内与Ferron反应,络合曲线趋于水平,这一阶段的量以[Al+Fe]b表示,主要是中间多核络合物。240min后基本上不再反应的部分为溶胶,以[Al+Fe]c表示,表现为对Ferron的化学惰性,在溶液中可长期稳定,只有强酸才能使之分解。它们之间的关系为:[Al+Fe]T=[Al+Fe]a+[Al+Fe]b+[Al+Fe]c,详见图1所示。图中[Al+Fe]c的吸光度A是假定该络合物被分解后与Ferron反应后的吸光度。2.2中间过渡形态根据已有的研究,本文选择nAl:nFe为9∶1和5∶5的PAFC作为研究对象,并与PAC和PFC进行比较。不同nAl:nFe值的PAFC(C=4×10-5mol/L,B=2.0)-Ferron反应如图2所示。由图可知,nAl:nFe=5∶5的PAFC与nAl:nFe=9∶1的PAFC相比,前者的中间过渡形态[Al+Fe]b比后者少。这是因为Fe(Ⅲ)与Al(Ⅲ)的离子半径不同,与羟基亲和力不同而引起的聚合反应速度和强度的差别造成的。铁的加入可以提高PAFC产品的聚合度,从而提高絮凝剂的吸附架桥作用,但聚合度过高又会影响其稳定性,故在制备PAFC产品时,应考虑nAl:nFe值对性能的影响。2.3碱化度的影响碱化度B是PAFC溶液的重要特征参数,其对PAFC(C=4×10-5mol/L)形态分布的影响如图3所示。由图可知,随着碱化度B值增大,容易与Ferron反应的络合物减少,而难与Ferron反应的络合物则较多。即自由离子和单核羟基络合物越来越少,而难以离解的中间多核络合物和高聚物则增多。对于PAFC,碱化度低时,由于其中的Fe(Ⅲ)水解速度快,溶液中铁的高聚物占优势,而中间形态少且不稳定;碱化度高时,Al(Ⅲ)的水解程度增大,溶液中铝的高聚物占优势,中间过渡状态也较多且较稳定。溶液中各类形态含量随B值的变化如表1所示。2.4不同熟化时间的形态分布对于呈亚稳态的聚合氯化铝铁溶液体系,熟化过程会出现形态的转化现象。PAFC(C=4×10-5mol/L,B=2.0)形态分布随熟化时间的变化如图4所示。由图可知,随着熟化时间的延长,[Al+Fe]a和[Al+Fe]b减少,而[Al+Fe]c则增加,即[Al+Fe]b形态逐渐向[Al+Fe]c形态转化。由此可知,PAFC从亚稳态向平衡态转化需要一定的时间,但在水处理混凝过程中,起主要絮凝作用的形态是[Al+Fe]b,因此在实际应用时,应考虑熟化时间对处理效果的影响。3碱土金属对铝铁溶液形态的影响聚合氯化铝铁溶液由于Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)不同的水解特性,体系中的中间聚合物结构和形态分布变得非常复杂,与聚合铝和聚合铁溶液体系区别较大。聚合氯化铝铁溶液的形态分布受碱化度B、铝铁比nAl:nFe值和熟化时间等因素影响。随着B值的增大、含铁量的增加和熟化时间的延长,水解与聚合反应生成了更多结构稳定的聚合物,[Al