復(fù)合高鐵酸鹽片劑的制備及對印染廢水的處理研究

高玉梅， 宋慧君， 王 非， 李國亭

(1．河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程系 河南 鄭州 450007；2.華北水利水電學(xué)院 環(huán)境與市政工程學(xué)院 河南 鄭州 450011)

0 引言

高鐵酸鹽是綠色環(huán)保的水處理劑，其標準氧化還原電位在酸性條件下高達2.20 V，具有很強的氧化殺菌作用，同時它還具有良好的混凝作用，在水處理中可同時發(fā)揮氧化、絮凝、吸附、共沉、殺菌、消毒等協(xié)同作用，且不產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物,具有很大的應(yīng)用潛力.但高鐵酸鹽的不穩(wěn)定性使其工業(yè)化應(yīng)用受到限制[1-3].鑒于此，本文通過加入不同比例的無水硫酸鈉和黏土，將初級高鐵酸鹽(未經(jīng)純化處理)制成固體復(fù)合高鐵酸鹽，研究了高鐵酸鹽、無水硫酸鈉和黏土的用量比對復(fù)合高鐵酸鹽穩(wěn)定性的影響，獲得最佳制備處方.按最佳制備處方制備復(fù)合高鐵酸鹽，并將其壓成片劑，分析其穩(wěn)定性.用復(fù)合高鐵酸鹽片劑對不同染料的印染配水進行脫色處理，其對活性紅和分散藍配水的脫色率達90%以上.采用該方法不但簡化了高鐵酸鹽的制備工藝，避免了有機溶劑的污染，而且運輸方便；同時復(fù)合高鐵酸鹽片劑對印染配水的脫色處理使其在印染行業(yè)的工業(yè)化應(yīng)用具有指導(dǎo)意義.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：Na2FeO4(自制)，NaOH(AR)，KOH(AR)，粘土，F(xiàn)e(NO3)3·9H2O(AR).

1.2 實驗步驟

1.2.1高鐵酸鹽的制備

實驗采用濕法制備高鐵酸鹽，即在強堿性條件下，用NaClO將Fe(NO3)3氧化成高鐵酸鈉Na2FeO4，反應(yīng)式為

2Fe(NO3)3+ 3NaClO+10NaOH=2Na2FeO4+6NaNO3+3NaCl+5H2O.

將KOH加入該高鐵酸鈉溶液中，析出K2FeO4晶體，過濾分離得粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得到黏糊狀的K2FeO4，然后加入不同比例的無水硫酸鈉和黏土制備成復(fù)合高鐵酸鹽.

1.2.2復(fù)合高鐵酸鹽片劑的制備

按高鐵酸鹽、無水硫酸鈉和黏土的最佳用量比制備復(fù)合高鐵酸鹽[4]，然后用壓片機將其壓成片劑，通過測定不同時間片劑中高鐵酸鹽的分解率，確定復(fù)合高鐵酸鹽片劑的穩(wěn)定效果.

1.2.3復(fù)合高鐵酸鹽片劑對活性紅配水的脫色作用

用活性紅染料配成濃度為10 mg/L的染液，取1 000 mL，分別加入不同量的復(fù)合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長處測定復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計算脫色率.

平面設(shè)計發(fā)展到今天這個多元化的時代，其作品表現(xiàn)的中國傳統(tǒng)文化的元素越來越多，所以我們必然認真細致和研究如何將傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代設(shè)計相結(jié)合。中國的平面設(shè)計立足于傳統(tǒng)文化，伴隨著歷史傳承至今，設(shè)計的足跡也印在了廣闊的大地上，與我們的生活息息相關(guān)。而這些凝聚了幾千年的思想語言和藝術(shù)氣質(zhì)，對現(xiàn)代平面設(shè)計具有重要和深遠的指導(dǎo)意義。平面設(shè)計的意義在于給人以深刻的啟示，獨特的思想性和教育性讓平面設(shè)計成為了一種文化現(xiàn)象，且?guī)в猩詈竦奈幕嵨逗蛯徝懒?xí)慣。

1.2.4復(fù)合高鐵酸鹽片劑對分散藍配水的脫色作用

用分散藍染料配成濃度為10 mg/L的染液，取1 000 mL，分別加入不同量的復(fù)合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長處測定復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計算脫色率.

1.2.5不同pH值條件下復(fù)合高鐵酸鹽片劑對印染配水的脫色作用

用活性紅、分散藍、偶氮藍、酸性鉻藍K和偶氮砷III 5種染料分別配制成濃度為10 mg/L的染料溶液，各取1 000 mL，加入一定量的復(fù)合高鐵酸鹽片劑，攪拌，加稀H2SO4或NaOH調(diào)不同的pH值，在最大吸收波長處測定復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計算脫色率，以確定最佳脫色效果的pH值.

1.3 脫色率的計算

式中T為脫色率,A0為施藥前染料配水的吸光度值，A為施藥后染料配水的吸光度值.

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合高鐵酸鹽的制備

溶液態(tài)高鐵酸鹽極不穩(wěn)定，為了在實際生產(chǎn)中直接應(yīng)用，必須制得相對穩(wěn)定的復(fù)合高鐵酸鹽.用次氯酸鹽氧化法制備出黏糊狀的高鐵酸鉀，然后與不同量的無水硫酸鈉和黏土混合制備不同比例的復(fù)合高鐵酸鹽，隔一定時間對浸出液中的高鐵酸鹽濃度用直接分光光度法進行測定，所得結(jié)果見圖1.

從圖1可以看出當高鐵酸鹽∶無水硫酸鈉∶黏土質(zhì)量比為1∶4∶1時，所制得的復(fù)合高鐵酸鹽具有較好的穩(wěn)定性，3個月分解了50%，其他比例的復(fù)合高鐵酸鹽最多的分解了60%.由此來看，這種方法對高鐵酸鹽的穩(wěn)定具有較好的效果.

2.2 復(fù)合高鐵酸鹽片劑的制備

高鐵酸鹽中按一定比例加入黏土和無水硫酸鈉制成復(fù)合高鐵酸鹽，對高鐵酸鹽具有穩(wěn)定作用，為進一步提高復(fù)合高鐵酸鹽的穩(wěn)定性，把復(fù)合高鐵酸鹽用壓片機壓成片劑，其分解曲線如圖2所示.

圖1 不同比例的復(fù)合高鐵酸鹽的分解曲線

圖2 復(fù)合高鐵酸鹽片劑的分解曲線

由圖2可知，壓成片劑的復(fù)合高鐵酸鹽的穩(wěn)定性好于未壓成片劑的，且1.0 g片劑的穩(wěn)定性最好.說明壓成片劑后，高鐵酸鹽的分解減慢，0.5 g的片劑由于包裹的高鐵酸鹽量較少，導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差，而2.0 g的片劑由于外表面增加，加快了它的分解.

2.3 復(fù)合高鐵酸鹽片劑對活性紅印染配水的脫色處理

用活性紅染料配成濃度為10 mg/L的染液，取1 000 ml，分別加入不同量的復(fù)合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長處測定復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計算脫色率，確定復(fù)合高鐵酸鹽片劑對活性紅印染配水的脫色處理效果.以脫色率T對時間作圖，則得圖3.

從圖3可看出，復(fù)合高鐵酸鹽片劑對活性紅印染配水的脫色有以下特點：0～5 min之內(nèi)，脫色率增加較快， 5～10 min脫色率增加變慢，20 min后脫色率趨于穩(wěn)定，最高達90%以上.

2.4 復(fù)合高鐵酸鹽片劑對分散藍印染配水的脫色處理

用分散藍染料配成濃度為10 mg/L的染液，取1 000 mL，分別加入不同量的復(fù)合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長處測定復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計算脫色率，確定復(fù)合高鐵酸鹽片劑對分散藍印染配水的脫色處理效果.以脫色率對時間作圖，則得圖4.

圖3 不同量的復(fù)合高鐵酸鹽片劑對活性紅印染配水的脫色效果

圖4 不同量的復(fù)合高鐵酸鹽片劑對分散藍印染配水的脫色效果

從圖4可看出，分散藍印染配水的脫色效果隨復(fù)合高鐵酸鹽片劑質(zhì)量的增加而提高，2.0 g復(fù)合高鐵酸鹽片劑的脫色率達90%以上.在投加的0～5 min，脫色率僅為20%，5～10 min提高到75%左右，30 min后脫色率趨于穩(wěn)定，最高達90%.這是由于高鐵酸鹽片劑的質(zhì)量越大其所含的高鐵酸鹽就越多，因此脫色率最好.

圖5 不同pH時復(fù)合高鐵酸鹽片劑對印染配水脫色效果

2.5 pH值對復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色效果的影響

以復(fù)合高鐵酸鹽片劑的最佳用量對各體系投放后,改變pH值,測定相應(yīng)T值,以脫色率對時間作圖，則得圖5.

由圖5可看出，活性紅和分散藍的脫色率受pH值影響較大，但pH在6～8時能達到較好的脫色效果.其他幾種染料的脫色率受pH值影響不大，這顯示了復(fù)合高鐵酸鹽片劑在脫色處理上有較寬的pH值范圍，使其對印染配水的脫色處理具有實際應(yīng)用價值.

2.6 復(fù)合高鐵酸鹽片劑穩(wěn)定性的原因分析

高鐵酸鹽發(fā)生分解的反應(yīng)一般為：

4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+3O2+8OH-.

該反應(yīng)生成的Fe(OH)3對高鐵酸鹽有強烈催化作用，而加入的黏土表面電位呈負值，可以中和由于高鐵酸根自身分解產(chǎn)生的氫氧化鐵膠體的正電，同時黏土中硅對高鐵酸鹽具有穩(wěn)定作用；另一方面，加入的無水硫酸鈉吸收了黏糊狀高鐵酸鹽中的大量水分，進一步減慢了高鐵酸鹽的分解速率，從而使高鐵酸鹽的穩(wěn)定性增強.

3 結(jié)論

用一定比例的黏土、無水硫酸鈉和高鐵酸鹽制成復(fù)合高鐵酸鹽，然后壓成片劑，使高鐵酸鹽獲得了較好的穩(wěn)定性，且制備的復(fù)合高鐵酸鹽片劑為固體，方便貯存和運輸，為高鐵酸鹽的工業(yè)化應(yīng)用指明了方向.

復(fù)合高鐵酸鹽片劑對幾種染料的最高脫色率達90%，可以有效的去除印染廢水色度.并且高鐵酸鹽在廢水處理中不產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物，是一種綠色環(huán)保的凈水劑，具有很好的應(yīng)用前景.

[1] 曲久輝，王立立，田寶珍，等.高鐵酸鹽氧化絮凝去除飲用水中氨氮的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報， 2000， 20(3):280-283.

[2] Ma J,Liu W.Effectiveness and mechanism of potassium ferrate(Ⅵ)preoxidation for algae removal coagulation[J].Water Research，2002，36(4)：871-878.

[3] Murshed M，Rockstraw D A， Hanson A T， et al.Rapid oxidation of sulfide mine tailings by reaction with potassium ferrate[J].Environmental Pollution， 2003， 125(2)：245-253.

[4] 高玉梅，劉帥霞．復(fù)合高鐵酸鹽的制備研究[J].針織工業(yè)，2010，37(5)：49-51.