聚合硫酸鐵的制備與應(yīng)用

摘要：目前，我國正面臨著嚴(yán)峻的水環(huán)境問題，而最主要的水環(huán)境問題是水體的污染。要做好水處理工作，選擇合適的混凝劑是凈水技術(shù)中的首要環(huán)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)采用催化氧化法，在酸性條件下，以七水合硫酸亞鐵為原料，用NaNO2作為催化劑，以氧氣作為氧化劑的方法，制備凈水劑聚合硫酸鐵，考察了反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)溫度和濃硫酸投加量對制備聚合硫酸鐵的影響，并研究了此法所制備的聚合硫酸鐵用于市政污水的處理效果。

關(guān)鍵詞：聚合硫酸鐵；催化氧化法；污水處理

中圖分類號：R123.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）03-0195-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.106

Abstract： At present， our country is facing the severe water environment problems， most of the water environment problem is the pollution of water. Choosing appropriate coagulants is the most important water purification technology link to make the water processing. In this experiment， we used seven hydration ferrous sulfate as raw materials， NaNO2 as catalyst， oxygen as oxidant to preparation poly ferric sulphate in a catalytic oxidation way and in acid conditions， and investigated the reaction time， reaction temperature and the concentrated sulfuric acid dosing quantity on the preparation of the influence of poly ferric sulphate， and we studied the effect to treat municipal sewage using the poly ferric sulphate we made.

Keywords： poly ferric sulphate； catalytic oxidation； sewage treatment

聚合硫酸鐵（PFS）是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種新型無機(jī)高分子絮凝劑，具有水解速度快、絮凝體密度大、適用pH范圍寬（4～10）等特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的中和懸浮顆粒上電荷的能力，有很大的比表面積和很強(qiáng)的吸附能力，能很好地去除水中懸浮物、有機(jī)物、硫化物、重金屬離子等雜質(zhì)，具有脫色、除臭、破乳化及污泥脫水等功能，因而被廣泛應(yīng)用于礦山、印染、造紙等工業(yè)廢水處理[1]。相比傳統(tǒng)的鋁系絮凝劑而言，PFS在反應(yīng)過程中無離子水相轉(zhuǎn)移和殘留積累，使用更方便、價(jià)格更便宜、用量更省。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 反應(yīng)溫度的影響

以9g的FeSO4·7H2O為原料，以蒸餾水溶解后投入三口燒瓶中，再加0.8mL的98%的H2SO4，反應(yīng)4h，以反應(yīng)溫度為變量，進(jìn)行了5次實(shí)驗(yàn)，水浴溫度分別為50℃、55℃、60℃、65℃、70℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。

由表1知，反應(yīng)溫度在50～60℃時(shí)，隨著溫度的升高，轉(zhuǎn)化率逐漸增大；60～65℃時(shí)，轉(zhuǎn)化率較大，在99%以上；而到70℃時(shí)，轉(zhuǎn)化率又明顯下降。這是因?yàn)椋瑴囟容^高時(shí)，可加快二價(jià)鐵鹽的氧化速率，但溫度越高，NO和NO2在溶液中的溶解度就越小，氣相中NO和NO2的濃度就越大，還來不及參與接下來的反應(yīng)便溢出反應(yīng)體系，從而抑制降低的轉(zhuǎn)化率。所以在溫度低于60℃時(shí)，升溫可加快氧化速率是主導(dǎo)因素；而在65℃以上溫度時(shí)，NO和NO2在溶液中的溶解度減小又成為主導(dǎo)因素。反應(yīng)的適宜溫度為60～65℃。

1.2 濃硫酸用量的影響

以9g的FeSO4·7H2O為原料，以蒸餾水溶解后投入三口燒瓶中，水浴溫度60℃，每10min投加0.2mL的10%NaNO2，以投加的濃硫酸為變量，分別加入98%的H2SO4量為0.5mL、0.6mL、0.7mL、0.8mL、0.9mL、1.0mL。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2。

由表2知，濃硫酸用量0.5～0.9mL時(shí)，轉(zhuǎn)化率都很高，但濃硫酸用量過大，會使成本增加，且得到的聚合硫酸鐵鹽基度較大，導(dǎo)致其不穩(wěn)定性增大，溶液中Fe3+水解產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀。所以適宜的濃硫酸用量為0.8mL，此時(shí)FeSO4·7H2O與濃硫酸摩爾比為1：0.453。

1.3 聚合硫酸鐵處理市政污水的實(shí)驗(yàn)分析

聚合硫酸鐵投加量的變化對COD去除率影響如表3。

由表3知，隨著鐵離子投加量的增加，COD去除率逐漸增大，但從54.03%～61.30%增幅不是很明顯，從成本考慮，投加0.75mL/L自制聚合硫酸鐵較為合適。

2 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)對聚合硫酸鐵制備的影響因素進(jìn)行了探究，研究了反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、濃硫酸用量對制備聚合硫酸鐵的影響[2]。并將最佳條件下合成的聚合硫酸鐵應(yīng)用于高嶺土模擬廢水及市政污水來研究自制聚合硫酸鐵的水處理效果。得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

第一，合成聚合硫酸鐵的最佳實(shí)驗(yàn)條件為：反應(yīng)時(shí)間為4h，反應(yīng)溫度為55℃，硫酸亞鐵與濃硫酸投加摩爾比為1：0.45～1：0.50。

第二，最佳實(shí)驗(yàn)條件下合成的聚合硫酸鐵產(chǎn)品性能如下：密度≥1.10g/cm3，還原性物質(zhì)（以Fe2+計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.1%，全鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥3.0%，1%水溶液的pH值2～3，鹽基度8%～16%。

第三，將最佳條件下合成的聚合硫酸鐵產(chǎn)品用于市政污水處理時(shí)，最佳投加量為0.75 mL/L，COD去除率達(dá)到54%。

參考文獻(xiàn)

[1]陳滿紅，池毓務(wù).聚合硫酸鐵的制備工藝改進(jìn)[J].科技風(fēng)，2011，（03）：229+231.

[2]唐劍，邱運(yùn)仁.聚合硫酸鐵的制備及改性研究進(jìn)展[J].化學(xué)工程師，2009，（02）：34-37.

收稿日期：2017-05-13

作者簡介：劉爽（1988-），女，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。