近日，济南大学水利与环境学院赵艳侠教授课题组在环境领域顶级期刊《Water Research》上发表了题为“Development and evaluation of a sulfate precipitation method for separating key flocculated-species from titanium-based flocculant”的学术论文。2022级硕士研究生侯明倩为第一作者，导师赵艳侠教授为该论文的通讯作者。

图1  硫酸盐沉淀法分离主要絮凝物种的流程、机理机制及混凝效果

在水处理领域，钛基絮凝剂因其优异的混凝效果和强大的污染物去除能力，成为近年来研究的热点。然而，钛基絮凝剂中优势絮凝物种的分离与纯化，依旧是制约其广泛应用的瓶颈之一。为了解决这一难题，本研究提出了一种创新的硫酸盐沉淀法，对慢速滴碱法制备了富含优势絮凝物种的聚合氯化钛（PTC）投加不同[SO₄²⁻]/[Ti⁴⁺]摩尔比的硫酸钠，在[SO₄²⁻]/[Ti⁴⁺]摩尔比为8:1时，通过取代反应与重聚反应成功分离了富含大中型氯基与硫酸根基钛水解物种的优势絮凝物种PTC-S8，显著提升了其水处理效果。通过电喷雾电离飞行时间质谱（ESI-TOF-MS）、Ti-Ferron和ICP-MS等技术，印证了上述观点。研究发现，硫酸盐在这一过程中发挥了关键作用，既促进了氯基钛水解物种的重聚，也可能通过置换反应形成硫酸根基的钛水解产物。这一过程为后续的絮凝剂性能提升奠定了基础。

图2  混凝效果图与絮体动力学

通过硫酸盐沉淀法分离出来的PTC-S8，表现出了优异的混凝性能。在黄河水济南段的混凝实验中，PTC-S8的有机物去除效率比传统PTC高出约20%。尤其是在低投加剂量下（5–30 mg/L），PTC-S8显著提高了UV254的去除率。该效果的提升主要是因为分离出的钛水解物种的较大聚合度，增强了其电中和能力，能更有效去除水中的有机污染物。此外，PTC-S8所产生的絮体较大，且具有较低的分形维数，表明絮体结构松散，缩短了沉降时间，进一步提升了水处理效率。经过剪切力处理后，PTC-S8处理的絮体还展现出更高的恢复能力。

本研究的结果通过创新的硫酸盐沉淀法成功分离了钛基絮凝剂中的优势絮凝物种，显著提升了絮凝剂的纯度与混凝效果。这一研究不仅为钛基絮凝剂的优化和应用提供了重要的理论支持，还为水处理、环境污染治理以及相关领域的实际应用提供了宝贵的参考价值。本研究受国家自然科学基金、山东省泰山学者青年专家计划和山东省优秀青年创新团队计划的资助。

论文链接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135424017536

撰稿：侯明倩    编辑：张雅静    编审：张伟