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以硫酸鐵為原料製備聚合硫酸鐵的新工藝

    釋出時間↟·•··:2016年8月25日        【

聚合硫酸鐵(PFS)是一種新型高效的無機高分子絮凝劑▩☁•,既可以甩於廢水的混凝沉澱處理▩☁•,又可用於飲用水的淨化處理☁↟•。與其它絮凝劑相比▩☁•,聚合硫酸鐵具有用量少◕✘╃₪╃、雜質(COD◕✘╃₪╃、色度◕✘╃₪╃、濁度等)去除率高▩☁•,處理水中殘留鐵含量低◕✘╃₪╃、適應的pH範圍廣◕✘╃₪╃、汙泥脫水效能好◕✘╃₪╃、對裝置腐蝕性小等特點☁↟•。自從1976年日本鐵礦業株式會社首次研製成功並取得專利以來▩☁•,文獻中陸續報道了許多聚合硫酸鐵的製備方法☁↟•。按照氧化方式的不同▩☁•,可分為如下兩大類↟·•··:(1)直接氧化法▩☁•,即採用強氧化劑(如H2O2◕✘╃₪╃、NaCIO◕✘╃₪╃、KClO3等)直接氧化FeSO4成Fe2(SON)3▩☁•,並經水解◕✘╃₪╃、聚合得到聚合硫酸鐵;(2)催化氧化法▩☁•,即在催化劑(如NaNO2)的催化作用下▩☁•,利用空氣或氧氣氧化FeSO4☁↟•。直接氧化法由於所採用的氧化劑用量大▩☁•,價格昂貴▩☁•,生產成本高▩☁•,很難實現工業化生產☁↟•。催化氧化法普遍存在的問題是↟·•··:(1)催化劑NaNO2是一種有毒的致癌物質▩☁•,限制了聚合硫酸鐵在飲用水淨化處理中的應用▩☁•,致使對人類健康有危害的鋁系絮凝劑(如Al2(SO4)3◕✘╃₪╃、BAC等)在飲用水的淨化處理中仍然占主導地位;(2)以NaNO2為催化劑▩☁•,氧氣或空氣為氧化劑的氧化反應速率慢▩☁•,反應時間長達17小時▩☁•,不能適應大規模的工業生產▩☁•,滿足日益增長的工業廢水處理和飲用水淨化處理對聚合硫酸鐵的需求☁↟•。

針對上述問題▩☁•,我們透過實驗提出了一個新的生產工藝↟·•··:以FeSO4為原料,採用一種比NaN02更為有效且無毒的催化劑▩☁•,在一定溫度下通氧氣或空氣將FeSO4氧化◕✘╃₪╃、水解◕✘╃₪╃、聚合得到聚合硫酸鐵☁↟•。該工藝的特點是↟·•··:

(1)生產工藝簡單◕✘╃₪╃、操作方便◕✘╃₪╃、穩定可靠;

(2)反應速率快◕✘╃₪╃、生產週期短▩☁•,可以大大降低生產成本▩☁•,增加經濟效益;

(3)催化劑來源廣泛▩☁•,價格低廉▩☁•,無毒無害☁↟•。產品聚合硫酸鐵不僅可以應用於廢水處理▩☁•,而且可以應用於飲用水的淨化處理▩☁•,以取代對人體有危害的鋁系絮凝劑;

(4)產品質量好▩☁•,經廣州市衛生防疫站的分析檢驗▩☁•,各項效能指標達到甚至超過了國外標準樣品的效能指標☁↟•。

1聚合硫酸鐵生產工藝簡介

1.1聚合硫酸鐵的制奮原理

FeSO4在催化劑的作用下▩☁•,被氧氣或空氣氧化為Fe2(so4)3▩☁•,而後經水解◕✘╃₪╃、聚合反應得到聚合硫酸鐵☁↟•。各反應方程如下↟·•··:

2FeSO4+H2SO4+1/2O2=Fe2(SO4)3+H2O(1)

Fe2(SO4)3+nH2O=Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+n/2H2SO4(2)

m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]=[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m(3)

三個反應同時存在於一個體系中▩☁•,互相影響▩☁•,互相促進☁↟•。氧化反應是三個系列反應的第一步▩☁•,且反應較慢▩☁•,控制著整個反應過程☁↟•。因此▩☁•,要加快反應速率▩☁•,關鍵是尋找一種比亞硝酸鈉更有效的催化劑▩☁•,加快氧化反應速率☁↟•。而水解▩☁•,聚合反應的順利進行▩☁•,消耗了氧化反應的產物Fe2(S03)3▩☁•,使氧化反應平衡(l)向右邊移動▩☁•,使FeS04不斷被氧化為Fe2(S04)3▩☁•,直至反應完全☁↟•。

1.2聚合硫酸鐵的製備方法

在聚合反應器中▩☁•,按比例加入FeSO4◕✘╃₪╃、H2O◕✘╃₪╃、H2S04及催化劑▩☁•,加熱並保持一定的溫度▩☁•,使反應進行2小時▩☁•,取樣分析Fe2+▩☁•,當分析不出Fe2+時▩☁•,表示反應已經完全▩☁•,所得產品為紅棕色的透明液體☁↟•。

透過實驗觀察各種因素對反應速率及聚合硫酸鐵效能的影響及變化規律▩☁•,得出如下結論↟·•··:

(1)較佳工藝條件為↟·•··:Mso4^2-/MFe=1.25~1.35;催化劑用量2.5%;反應溫度為60~90度;反應時間2小時☁↟•。

(2)本工藝反應速率快▩☁•,反應時間從傳統工藝的17個小時縮短至2小時▩☁•,可以大大縮短生產週期▩☁•,降低生產成本▩☁•,提高產量▩☁•,增加經濟效益;

(3)本工藝所採用的原料來源廣泛▩☁•,價格低廉▩☁•,產品質量好▩☁•,不含有毒物質▩☁•,不僅可以用於廢水處理▩☁•,還可以替代鋁系絮凝劑應用於飲用水的淨化處理▩☁•,防止人體攝取鋁☁↟•。因此採用本工藝生產聚合硫酸鐵▩☁•,不僅會帶來經濟效益▩☁•,還可以帶來不可估量的經濟效益☁↟•。

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