以綠礬為原料，用催化氧化法合成聚合硫酸鐵的可行性

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以綠礬為原料，用催化氧化法合成聚合硫酸鐵的可行性

發布時間：2016年12月19日【大  中 小】

聚合硫酸鐵(PFS)是20世紀80年代出現的一種新型無機高分子絮凝劑。目前市場上生產聚合硫酸鐵的主要方法是催化氧化法，該生產工藝簡單易行，反應過程溫和，對設備的要求不高，投資省。不足之處是氧化時間長，催化劑用量較大，反應過程常常伴隨著大量氮的氧化物排出。在已有研究報道的基礎上，實驗以本地鈦白粉生產企業的副產品綠礬為原料，工業氧為氧化劑，亞硝酸鈉為催化劑，從原料的選擇和配比、催化劑用量和加料方式、反應溫度和反應時間等方面進行工藝條件的探討，較終達到縮短反應時間的目的，并對產品的技術指標和絮凝性能進行了檢測。

1、實驗原理

聚合硫酸鐵的化學通式為［Fe2(OH)n(SO4)3－n/2］m(n＜2，m＞10)，它是由FeSO4·7H2O在酸性條件下，經氧化、水解、聚合而得到的紅褐色粘稠溶液，其中二價鐵的氧化是反應的關鍵部分?？偡磻饺缦?

4FeSO4·7H2O+(2－n)H2SO4+O→2Fe2(OH)n(SO4)3－n/2+(3－2n)H2O

2、主要試劑和儀器

FeSO4·7H2O(工業級)，鈉基蒙脫土(工業級)，氧氣(工業級)，NaNO2、鹽酸、濃硫酸，均為化學純。S22型可見分光光度計，Delta320酸度計。

3、實驗方法

將定量的硫酸亞鐵溶于硫酸水溶液，置于裝有恒壓滴液漏斗、電動機械攪拌器和導氣裝置的三口燒瓶中，在恒溫水浴中加熱;在攪拌狀態下，滴加NaNO2溶液，并以恒定速率通入氧氣進行反應。反應一定時間后，自然冷卻，出料。選擇反應溫度、氧化時間、硫酸根和二價鐵離子的物質的量比、催化劑用量為四個因子，設計4因子3水平正交表，以二價鐵的轉化率為指標，對合成工藝進行優化。

4、聚合硫酸鐵產品性能檢測

1)聚合硫酸鐵的性能指標檢測按GB14591-2006聚合硫酸鐵國家標準檢測產品的密度、全鐵含量、二價鐵含量、鹽基度和pH值。

2)絮凝性能檢測

以0．1%的蒙脫土溶液為模擬濁水，以除濁率為指標，進行聚合硫酸鐵的絮凝性能檢測。在攪拌狀態下，分別投加0．5、1．0、1．5、2．0、2．5、3．0、3．5、4．0、5．0mL聚合硫酸鐵至1000mL的濁水中，靜置10min后，取上層清液測濁度，方法參照GB12159-89。

研究結果表明：催化劑是影響反應效率的主要因子，當NaNO2用量的體積比為15%，n(SO42－)/n(Fe2+)為1．35，反應溫度為80℃，氧化反應時間為2h時，Fe2+轉化率達76．4%，產品性能指標符合GB14591-2006國家標準。與目前市場上的4～6h生產時間相比，該工藝縮短了反應時間，可降低生產能耗，使得生產成本降低，對當前推廣無機絮凝劑的使用具有重要意義。

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: 聚合硫酸鐵是一種優良的凈水劑，具有良好的絮凝和吸附作用，廣泛應用于源水、飲用水、自來水、工業用水、工業廢水及生活污水的處理。它與傳統的凈水劑硫酸亞鐵或硫酸鋁比較，聚合硫酸鐵具有以下特點：投藥量少；適應能力強，對各種水質條件都能獲得良好的效果；絮凝速度快、礬花大、沉降迅速；具有脫色、除菌、除放射性元素、降重金屬離子、降低COD及BOD的功能；是目前使用效果最好的陽離子型無機高分子絮凝劑。