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本书首次全面论述了复合高分子絮凝剂的絮凝基础理论、制备工艺和应用技术，内容包括：复合高分子絮凝剂的发展；无机复合高分子絮凝剂（包括聚硅氯化铝高分子絮凝剂、聚合硅铝铁高分子絮凝剂等）的制备、分子量分布、形貌结构、形态分布及转化规律、作用机理和应用效果；无机有机复合高分子絮凝剂（包括聚合铝二甲基二烯丙基氯化铵均聚物复合高分子絮凝剂、聚合铁二甲基二烯丙基氯化铵均聚物复合高分子絮凝剂、聚合铝聚环氧氯丙烷胺复合高分子絮凝剂、铁盐聚环氧氯丙烷胺复合高分子絮凝剂）的制备、形态分布、结构形貌、无机与有机组分之间的相互作用、絮体特性、絮凝动力学、絮凝机理、絮凝行为和应用效果；生物复合高分子絮凝剂的絮体特性、絮凝效果、絮凝行为和作用机制等。

本书具有较强的技术性和工程应用性，适于从事水和废水处理、絮凝剂生产及应用、应用化学、环境化学等方面的研究及生产实践科技人员参考，也供高等学校相关专业师生参阅。

1复合高分子絮凝剂的发展1

1.1水和废水混凝处理，混凝剂与絮凝剂1

1.1.1水和废水的混凝处理1

1.1.2混凝剂与絮凝剂2

1.2复合高分子絮凝剂的发展3

1.2.1无机-无机复合高分子絮凝剂3

1.2.2无机-有机复合高分子絮凝剂6

1.2.3微生物复合絮凝剂8

参考文献9

2聚硅氯化铝高分子絮凝剂13

2.1硅酸及活化硅酸13

2.1.1硅酸化学的基本概念13

2.1.2活化硅酸的生产工艺，在水处理中的应用及研究进展14

2.2聚硅酸铝盐絮凝剂17

2.2.1向聚硅酸中引入铝盐制备聚硅酸铝盐絮凝剂17

2.2.2采用高剪切工艺，用硅酸钠、铝酸钠和硫酸铝等作原料制备PASS絮凝剂18

2.3聚硅氯化铝的制备、Al（Ⅲ）水解-聚合历程及铝硅作用特性19

2.3.1聚硅氯化铝的制备方法20

2.3.2Al（Ⅲ）水解-聚合反应过程特征20

2.3.3聚硅氯化铝与聚合氯化铝的酸解作用23

2.4聚硅氯化铝的颗粒大小及分子量分布24

2.4.1激光光散射用于测定PASC及PAC的颗粒大小分布的原理及方法24

2.4.2激光光散射技术测定聚硅氯化铝与聚合氯化铝的颗粒大小分布24

2.4.3超滤法测定聚硅氯化铝与聚合氯化铝的分子量分布26

2.5聚硅氯化铝的形态分布及其转化规律27

2.5.1Al-Ferron逐时络合比色法测定原理、方法与测定结果28

2.5.2Al-Ferron逐时络合比色法测定方法29

2.5.3Al-Ferron逐时络合比色法的测定结果30

2.5.427Al-NMR法测定原理33

2.5.527Al-NMR法测定方法35

2.5.627Al-NMR法测定结果35

2.5.7Al-Ferron逐时络合比色法与27Al-NMR法测定结果的比较分析38

2.6聚硅氯化铝的电动特性41

2.6.1Zeta电位和流动电流（SC）的测定方法42

2.6.2高岭土悬浊液及高岭土和腐植酸混合液的电动特性与pH值的关系42

2.6.3聚合氯化铝与聚硅氯化铝的SC值比较43

2.6.4聚合氯化铝与聚硅氯化铝水解产物的SC值与溶液pH值的关系45

2.6.5聚合氯化铝与聚硅氯化铝在浑浊水中的SC特征46

2.6.6聚合氯化铝与聚硅氯化铝的水解沉淀物的电泳特征47

2.6.7SC与zeta电位的相关关系49

2.7利用透射电镜观察研究聚硅氯化铝的结构形貌49

2.7.1碱化度（B）对聚合氯化铝和聚硅氯化铝结构形貌的影响50

2.7.2Al/Si摩尔比对聚硅氯化铝结构形貌的影响51

2.7.3制备工艺对聚硅氯化铝结构形貌的影响52

2.8聚硅氯化铝的絮凝效果54

2.8.1实验材料与方法54

2.8.2聚硅氯化铝絮凝处理模拟水的效果54

2.8.3絮凝处理后聚硅氯化铝在水体中的残留铝含量58

2.8.4聚硅氯化铝絮凝处理地表水的效果60

2.8.5聚硅氯化铝絮凝处理实际废水的效果64

2.9聚硅氯化铝的絮凝机理66

2.9.1SiO2颗粒形状与大小67

2.9.2搅拌对混凝作用的影响67

2.9.3PASC的投量对混凝作用的影响68

参考文献69

3聚合硅铝铁高分子絮凝剂74

3.1聚合硅铝铁的制备74

3.1.1聚合硅铝铁的制备原理74

3.1.2聚合硅铝铁的制备方法74

3.2聚合硅铝铁的结构表征75

3.2.1红外光谱法75

3.2.2X射线衍射法77

3.3聚合硅铝铁的水解-聚合历程及电动特性研究78

3.3.1聚合硅铝铁的水解-聚合历程78

3.3.2聚合硅铝铁的电动特性79

3.4聚合硅铝、铁的形态分布及转化82

3.4.1聚合硅铝铁中铝的形态分布及转化82

3.4.2聚合硅铝铁中铁的形态分布及转化84

3.5聚合硅铝铁的结构形貌及分子量分布87

3.5.1聚合硅铝铁的结构形貌87

3.5.2聚合硅铝铁的分子量分布89

3.6聚合硅铝铁的混凝效果91

3.6.1聚合硅铝铁的混凝除浊和脱色效果91

3.6.2聚合硅铝铁在处理后水样中的残余铝含量94

3.6.3聚合硅铝铁的混凝除油效果96

参考文献97

4聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物复合高分子絮凝剂98

4.1聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物复合絮凝剂的制备及电动特性98

4.1.1聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物复合絮凝剂的制备原理及方法98

4.1.2聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物复合絮凝剂的电动特性99

4.2聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的形态分布及相互作用101

4.2.1聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的形态分布及影响因素101

4.2.2聚合铝与二甲基二烯丙基氯化铵均聚物之间的相互作用103

4.3聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的混凝效果及混凝机理104

4.3.1聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的残余铝含量及影响因素104

4.3.2聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的混凝脱色效果106

4.3.3聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的除浊效果108

4.3.4聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的混凝除油效果109

4.3.5聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物处理城市纳污水的效果110

4.3.6聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的混凝机理111

参考文献112

5聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物复合高分子絮凝剂114

5.1聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物（PFC-PDMDAAC）的水解聚合特征、Fe（Ⅲ）水解形态114

5.1.1聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的水解聚合特征114

5.1.2聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物中Fe（Ⅲ）水解形态115

5.2聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的电荷特性、结构形貌及粒度分布121

5.2.1聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的电荷特性121

5.2.2聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的结构形貌125

5.2.3聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的粒度分布127

5.3聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的混凝动力学及絮体形成过程131

5.3.1聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的混凝动力学131

5.3.2聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的絮体形成过程136

5.4聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的絮体物理特性139

5.4.1聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的絮体强度及恢复能力140

5.4.2聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的絮体分形141

5.5聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物与传统混凝剂的对比142

5.5.1不同投加方式下混凝效果对比143

5.5.2不同投加方式下絮体沉降性能对比144

5.5.3不同投加方式下Fe（Ⅲ）在混凝过程中水解形态对比144

5.5.4不同投加方式的混凝机理分析145

5.6聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的混凝效果及机理148

5.6.1聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物处理模拟水和废水的效果及影响因素148

5.6.2聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物处理实际废水的效果151

5.6.3聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物的混凝机理160

参考文献163

6聚合铝-聚环氧氯丙烷胺复合高分子絮凝剂167

6.1聚环氧氯丙烷胺的结构形貌及电荷特性167

6.1.1聚环氧氯丙烷胺及其复合混凝剂的结构形貌167

6.1.2聚环氧氯丙烷胺及其复合混凝剂的电荷特性171

6.2聚环氧氯丙烷胺的混凝脱色效果及机理173

6.2.1聚环氧氯丙烷胺的混凝脱色效果及机理173

6.2.2影响聚环氧氯丙烷胺混凝脱色效果的因素178

6.3聚合铝-聚环氧氯丙烷胺的混凝脱色性能及机理180

6.3.1聚合铝-聚环氧氯丙烷胺的混凝脱色性能180

6.3.2影响聚合铝-聚环氧氯丙烷胺混凝脱色效果的因素184

6.4混凝剂的絮体形成及特性185

6.4.1聚环氧氯丙烷胺的絮体形成及特性186

6.4.2聚合铝-聚环氧氯丙烷胺的絮体形成及特性研究193

参考文献196

7铁盐-聚环氧氯丙烷胺复合高分子絮凝剂198

7.1铁盐-聚环氧氯丙烷胺的制备、水解聚合形态和形貌结构198

7.1.1铁盐-聚环氧氯丙烷胺的制备198

7.1.2铁盐-聚环氧氯丙烷胺中Fe（Ⅲ）水解聚合形态198

7.1.3铁盐-聚环氧氯丙烷胺的形貌结构200

7.2铁盐-聚环氧氯丙烷胺中铁盐与聚环氧氯丙烷胺的相互作用200

7.2.1铁盐-聚环氧氯丙烷胺的电荷特性及影响因素200

7.2.2铁盐-聚环氧氯丙烷胺中铁的形态分布201

7.3铁盐-聚环氧氯丙烷胺的絮体特性202

7.3.1采用二乙烯三胺作为交联剂时复合高分子絮凝剂的絮体特性202

7.3.2采用三乙烯四胺作为交联剂时复合高分子絮凝剂的絮体特性204

7.3.3采用乙二胺作为交联剂时复合高分子絮凝剂的絮体特性206

7.3.4絮凝剂的投加方式对絮体特性的影响207

7.3.5聚合氯化铁的碱化度对絮体特性的影响209

7.3.6聚环氧氯丙烷胺中交联剂的种类对絮体特性的影响210

7.3.7铁盐与聚环氧氯丙烷胺的质量比对絮体特性的影响211

7.3.8铁盐-聚环氧氯丙烷胺形成絮体的絮体强度及破碎后恢复能力212

7.4铁盐-聚环氧氯丙烷胺的混凝效果213

7.4.1铁盐-聚环氧氯丙烷胺的混凝脱色效果与影响因素213

7.4.2铁盐-聚环氧氯丙烷胺的混凝除油效果及影响因素221

参考文献224

8生物复合高分子絮凝剂225

8.1生物絮凝剂与铝盐复配使用的混凝效果、混凝机理及絮体特性225

8.1.1生物絮凝剂与铝盐混凝剂储备液的制备225

8.1.2生物絮凝剂与铝盐复配处理模拟水样的混凝效果、影响因素及混凝机理225

8.1.3生物絮凝剂与铝盐复配处理模拟水样的絮体特性及影响因素230

8.1.4生物絮凝剂与铝盐复配处理实际地表水样的混凝效果、影响因素及混凝机理238

8.1.5生物絮凝剂与铝盐复配处理实际地表水样的絮体特性及影响因素243

8.2生物絮凝剂与四氯化钛复配使用的混凝效果、混凝机理及絮体特性249

8.2.1混凝效果及机理249

8.2.2絮体特性研究252

8.3生物絮凝剂与非离子型和阴离子型聚丙烯酰胺的复合絮凝剂及其混凝效果256

8.3.1复合型絮凝剂的制备方法256

8.3.2复合型絮凝剂对高岭土模拟水样的混凝效果258

8.3.3复合型絮凝剂对腐植酸模拟水样的混凝效果260

8.4生物絮凝剂的改性与混凝效果264

8.4.1生物絮凝剂接枝丙烯酰胺絮凝剂（CBF-AM）的制备方法与混凝效果264

8.4.2生物絮凝剂接枝丙烯酰胺及二甲基二烯丙基氯化铵絮凝剂（CBF-AM-DMDAAC）的制备方法与混凝效果268

参考文献271

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编辑推荐

   混凝-沉淀/气浮是水和废水处理流程中应用普遍的操作单元之一，而絮凝剂的品质是影响其水和废水处理效果和处理成本的决定性因素。絮凝剂的种类主要有无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂以及近几年来发展起来的复合絮凝剂，每一类絮凝剂都有其优缺点和应用范围。大量的工程实践证明，若把两种（类）或两种（类）以上的絮凝剂通过分别投加而进行复配使用、或在一定条件下通过混合或反应形成一种复合絮凝剂产品应用，则可实现优势互补，可提高水和废水的絮凝处理效果、拓宽应用范围和降低处理成本。目前，在水和废水处理中，两种或两种以上絮凝剂进行复配使用已有大量的工程实践和应用实例，且已取得了良好的应用效果。而把两种（类）或两种（类）以上的絮凝剂在一定条件下通过混合或反应研发复合絮凝剂并应用到工程实践中去，则是近十几年来发生的事情。由于复合絮凝剂能克服使用单一絮凝剂的许多不足，在降低水处理成本的同时可提高絮凝性能，所以，复合絮凝剂的研发和应用就成为当前水和废水处理领域的热点问题之一，也是新型、高效和经济的絮凝剂的主要发展方向。我国在“十一五”期间专门设立了国家科技支撑计划课题“小城镇饮用水处理药剂与材料研制”和国家高技术研究发展计划(863计划)课题“生物复合絮凝剂的制备和应用关键技术与工程示范”，在这些课题中，都把多功能复合型系列水处理药剂和生物复合絮凝剂的研发作为主要的研究内容。

    复合絮凝剂是将两种或多种单组分絮凝剂通过某些化学反应，形成大分子量的共聚复合物，这样既克服了单一絮凝剂的不足，也充分发挥了多种絮凝剂的协同作用产生显著的增效互补作用。实践证明，复合絮凝剂表现出优于单一絮凝剂的絮凝性能。基于复合絮凝剂的化学组成，复合絮凝剂可分为无机-无机复合高分子絮凝剂、无机-有机复合高分子絮凝剂、有机-有机复合高分子絮凝剂和微生物复合絮凝剂等。

　《复合高分子絮凝剂》首次全面论述复合高分子絮凝剂的絮凝基础理论、制备工艺和应用技术。《复合高分子絮凝剂》主要介绍了复合高分子絮凝剂在世界及我国的发展；无机复合高分子絮凝剂（包括聚硅氯化铝高分子絮凝剂、聚合硅铝铁高分子絮凝剂等）的制备、分子量分布、形貌结构、形态分布及转化规律、作用机理和应用效果；无机-有机复合高分子絮凝剂（包括聚合铝—二甲基二稀丙基氯化铵均聚物复合高分子絮凝剂、聚合铁—二甲基二稀丙基氯化铵均聚物复合高分子絮凝剂、聚合铝—聚环氧氯丙烷胺复合高分子絮凝剂、聚合铁—聚环氧氯丙烷胺复合高分子絮凝剂）的制备、形态分布、结构形貌、无机与有机组分之间的相互作用、絮体特性、絮凝动力学、絮凝机理、絮凝行为和应用效果；生物复合絮凝剂的絮体特性、絮凝效果、絮凝行为和作用机制；等等。

  《复合高分子絮凝剂》适于从事水和废水处理、絮凝剂生产及应用、应用化学、环境化学等方面的研究及生产实践科技人员参考,也供高等学校相关专业师生参阅。

书摘插图

前言

混凝-沉淀/气浮是水和废水处理流程中应用普遍的操作单元之一，而絮凝剂的品质是影响其水和废水处理效果和处理成本的决定性因素。絮凝剂的种类主要有无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂以及近几年来发展起来的复合絮凝剂，每一类絮凝剂都有其优缺点和应用范围。大量的工程实践证明，若把两种（类）或两种（类）以上的絮凝剂通过分别投加而进行复配使用或在一定条件下通过混合或反应形成一种复合絮凝剂产品应用，则可实现优势互补，可提高水和废水的絮凝处理效果、拓宽应用范围和降低处理成本。目前，在水和废水处理中，两种或两种以上絮凝剂进行复配使用已有大量的工程实践和应用实例，且已取得了良好的应用效果。而把两种（类）或两种（类）以上的絮凝剂在一定条件下通过混合或反应研发复合絮凝剂并应用到工程实践中去，则是近十几年来发生的事情。由于复合絮凝剂能克服使用单一絮凝剂的许多不足，在降低水处理成本的同时可提高絮凝性能，所以，复合絮凝剂的研发和应用就成为当前水和废水处理领域的热点问题之一，也是新型、高效和经济的絮凝剂的主要发展方向。我国在“十一五”期间专门设立了国家科技支撑计划课题“小城镇饮用水处理药剂与材料研制”和国家高技术研究发展计划（863计划）课题“生物复合絮凝剂的制备和应用关键技术与工程示范”，在这些课题中，都把多功能复合型系列水处理药剂和生物复合絮凝剂的研发作为主要的研究内容。

复合絮凝剂是将两种或多种单组分絮凝剂通过某些化学反应，形成大分子量的共聚复合物，这样既克服了单一絮凝剂的不足，也充分发挥了多种絮凝剂的协同作用，产生显著的增效互补作用。实践证明，复合絮凝剂表现出优于单一絮凝剂的絮凝性能。基于复合絮凝剂的化学组成，复合絮凝剂可分为无机无机复合高分子絮凝剂、无机有机复合高分子絮凝剂、有机有机复合高分子絮凝剂和微生物复合絮凝剂等。

无机复合高分子絮凝剂主要是铝盐、铁盐及硅酸盐的复合。可以通过先羟基化聚合后再加以混合，或者先混合再羟基化聚合，但终总要形成羟基化的、有更高聚合度的形态，这样才能具有良好的絮凝效果。

众所周知，无机絮凝剂具有价格低廉、佳投药范围宽等优点，但存在吸附架桥能力弱，投药量较多等缺点。而有机絮凝剂虽然具有吸附架桥能力强、投药量少和产品稳定性好等优点，但同时存在水处理成本高、难生物降解、有些还存在一定的毒副作用等缺点。鉴于两类絮凝剂各自的优缺点及两者在性能和价格上的互补性，对无机有机复合高分子絮凝剂的研究逐渐成为热点。目前，国内外对基于聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）和聚环氧氯丙烷-二甲胺［P（EPI-DMA）］有机高分子絮凝剂研发的铝（铁）盐PDMDAAC和铝盐-P（EPI-DMA）无机有机复合高分子絮凝剂及其在水和废水处理中的应用有较多报道，发现上述无机有机复合高分子絮凝剂较复合前的单一无机或有机絮凝剂具有更好的除浊、除藻、脱色和除磷效果，具有更宽泛的应用范围。

有机-有机复合高分子絮凝剂以其品种多样化，性能多元化而在水和废水处理及污泥脱水处理中具有重要的地位。在有机-有机复合高分子絮凝剂中，淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物的研究日渐引起人们的重视，并取得了一定研究进展，是一类有良好应用前景的新型絮凝剂。

本书作者历年所在的研究团队与我国复合高分子絮凝剂的研发和成长同步。自20世纪80年代末以来，承担了20余项和省部级相关研究课题，在复合高分子絮凝剂的基础研究、产品开发、生产工艺和工程应用等诸多方面，都进行了全方位的研究。在复合高分子絮凝剂研究领域已培养多名博士和硕士，发表研究论文400余篇，申请国家发明专利20余项（其中已授权10余项），有多项研究成果获得了和省部级奖励。本书主要的目的是把历年研究成果加以汇集，出版一本较为系统的复合高分子絮凝剂专著，求得有关同行专家的指正与讨论。本书首次全面论述了复合高分子絮凝剂的絮凝基础理论、制备工艺和应用技术，希望本书的出版能对我国复合絮凝剂的研制、开发和应用有所帮助。

本书共有8章，分别介绍了无机复合高分子絮凝剂（包括聚硅氯化铝高分子絮凝剂、聚合硅铝铁高分子絮凝剂等）的制备、分子量分布、形貌结构、形态分布及转化规律、作用机理和应用效果；无机-有机复合高分子絮凝剂（包括聚合铝-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物复合高分子絮凝剂、聚合铁-二甲基二烯丙基氯化铵均聚物复合高分子絮凝剂、聚合铝-聚环氧氯丙烷胺复合高分子絮凝剂、铁盐-聚环氧氯丙烷胺复合高分子絮凝剂）的制备、形态分布、结构形貌、无机与有机组分之间的相互作用、絮体特性、絮凝动力学、絮凝机理、絮凝行为和应用效果；生物复合高分子絮凝剂的絮体特性、絮凝效果、絮凝行为和作用机制等。在每章后面都分别列入了参考文献，以方便查阅原始内容。

本书著者有高宝玉、岳钦艳、王燕、李倩和赵艳侠等，全书后由高宝玉统稿、定稿。本书是作者所在研究团队近二十多年来和数十位研究生在复合高分子絮凝剂领域从基础研究到制备工艺和水及废水处理应用全方位的科技活动和研究成果的总结，期望本书的出版对我国絮凝剂的发展研究能起到借鉴促进作用。

限于作者的水平和学识，书中难免有疏漏和不足之处，敬请专家和读者不吝指正，以便今后有机会时修订。

著者

2015年10月