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以硫酸铁为原料制备聚合硫酸铁的新工艺

    发布时间:2016-08-25    点击数:730   【

聚合硫酸铁(PFS)是一种新型高效的无机高分子絮凝剂,既可以甩于废水的混凝沉淀处理,又可用于饮用水的净化处理。与其它絮凝剂相比,聚合硫酸铁具有用量少、杂质(COD、色度、浊度等)去除率高,处理水中残留铁含量低、适应的pH范围广、污泥脱水性能好、对设备腐蚀性小等特点。自从1976年日本铁矿业株式会社首次研制成功并取得专利以来,文献中陆续报道了许多聚合硫酸铁的制备方法。按照氧化方式的不同,可分为如下两大类:(1)直接氧化法,即采用强氧化剂(如H2O2、NaCIO、KClO3等)直接氧化FeSO4成Fe2(SON)3,并经水解、聚合得到聚合硫酸铁;(2)催化氧化法,即在催化剂(如NaNO2)的催化作用下,利用空气或氧气氧化FeSO4。直接氧化法由于所采用的氧化剂用量大,价格昂贵,生产成本高,很难实现工业化生产。催化氧化法普遍存在的问题是:(1)催化剂NaNO2是一种有毒的致癌物质,限制了聚合硫酸铁在饮用水净化处理中的应用,致使对人类健康有危害的铝系絮凝剂(如Al2(SO4)3、BAC等)在饮用水的净化处理中仍然占主导地位;(2)以NaNO2为催化剂,氧气或空气为氧化剂的氧化反应速率慢,反应时间长达17小时,不能适应大规模的工业生产,满足日益增长的工业废水处理和饮用水净化处理对聚合硫酸铁的需求。

针对上述问题,我们通过实验提出了一个新的生产工艺:以FeSO4为原料,采用一种比NaN02更为有效且无毒的催化剂,在一定温度下通氧气或空气将FeSO4氧化、水解、聚合得到聚合硫酸铁。该工艺的特点是:

(1)生产工艺简单、操作方便、稳定可靠;

(2)反应速率快、生产周期短,可以大大降低生产成本,增加经济效益;

(3)催化剂来源广泛,价格低廉,无毒无害。产品聚合硫酸铁不仅可以应用于废水处理,而且可以应用于饮用水的净化处理,以取代对人体有危害的铝系絮凝剂;

(4)产品质量好,经广州市卫生防疫站的分析检验,各项性能指标达到甚至超过了国外标准样品的性能指标。

1聚合硫酸铁生产工艺简介

1.1聚合硫酸铁的制奋原理

FeSO4在催化剂的作用下,被氧气或空气氧化为Fe2(so4)3,而后经水解、聚合反应得到聚合硫酸铁。各反应方程如下:

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)

三个反应同时存在于一个体系中,互相影响,互相促进。氧化反应是三个系列反应的第一步,且反应较慢,控制着整个反应过程。因此,要加快反应速率,关键是寻找一种比亚硝酸钠更有效的催化剂,加快氧化反应速率。而水解,聚合反应的顺利进行,消耗了氧化反应的产物Fe2(S03)3,使氧化反应平衡(l)向右边移动,使FeS04不断被氧化为Fe2(S04)3,直至反应完全。

1.2聚合硫酸铁的制备方法

在聚合反应器中,按比例加入FeSO4、H2O、H2S04及催化剂,加热并保持一定的温度,使反应进行2小时,取样分析Fe2+,当分析不出Fe2+时,表示反应已经完全,所得产品为红棕色的透明液体。

通过实验观察各种因素对反应速率及聚合硫酸铁性能的影响及变化规律,得出如下结论:

(1)最佳工艺条件为:Mso4^2-/MFe=1.25~1.35;催化剂用量2.5%;反应温度为60~90度;反应时间2小时。

(2)本工艺反应速率快,反应时间从传统工艺的17个小时缩短至2小时,可以大大缩短生产周期,降低生产成本,提高产量,增加经济效益;

(3)本工艺所采用的原料来源广泛,价格低廉,产品质量好,不含有毒物质,不仅可以用于废水处理,还可以替代铝系絮凝剂应用于饮用水的净化处理,防止人体摄取铝。因此采用本工艺生产聚合硫酸铁,不仅会带来经济效益,还可以带来不可估量的经济效益。

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