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交变磁场对聚合硫酸铁水解产物的影响

    发布时间:2017年3月13日    点击数:1233   【

聚合硫酸铁(聚合硫酸铁)作为一种新型无机高分子复合絮凝剂与聚合氯化铝相比具有安全无生物毒性、用量少、形成矾花大、混凝反应快、沉降快、污泥脱水性好、水处理成本较低等优点。曹建军等〔1-2〕用交变磁场对聚合硫酸铁溶液加以磁化,与聚合硫酸铁相比,交变磁场作用下的聚合硫酸铁(以下简称磁化聚合硫酸铁)具有用量更省、除浊率更高、对COD和TP的去除率也更高等优点。但目前,对其的研究只是偏重于性能和应用研究,对其机理尚缺乏全面深入的科学论证,而国内外也鲜有人通过实验对磁化条件下的絮凝机理进行深入研究。笔者采用SEM、FTIR、XRD、UV等现代分析测试手段对磁化聚合硫酸铁和非磁化聚合硫酸铁的形貌结构、絮凝形态等进行了测定与对比,分析研究羟基、硫酸根与铁之间的相互作用,以及磁化作用对其相互之间的影响,探讨磁化条件下聚合硫酸铁絮凝效果得到增强的原理。

1实验部分

1.1仪器与试剂

自制磁化装置如图1所示。

磁化装置在一定范围内可控制频率和磁场强度;电热鼓风干燥箱(上海琅玕实验设备);QUANTA200扫描电子显微镜(美国FEI公司),喷金预处理,扫描磁化的聚合硫酸铁和非磁化聚合硫酸铁的形貌结构;NEXUS-670傅立叶变换红外光谱仪(美国NICOLET公司),KBr压片;UV-2600紫外光谱仪(日本岛津公司),石英;D/max-rBX射线衍射仪(日本理学株式会社),Cu靶,Kα辐射源(λ=0.15405nm),管电压46kV,电流100mA,扫描角度范围为5°~80°,速度4(°)/min,应用MDIJade5.0软件对图谱中的各个峰值和X射线衍射标准卡片软件库进行匹配分析;AB204-N型电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司)。聚合硫酸铁(铁质量分数18.5%)、氢氧化钠,所用试剂均为分析纯(国药集团化学试剂有限公司)。

1.2实验方法

1.2.1SEM、FTIR、XRD分析

取一定量的聚合硫酸铁于去离子水中搅拌溶解,配制成0.1mol/L的溶液,分成2组;一组经过磁化装置进行磁化,另一组不磁化。放入培养皿中在干燥箱内于60℃,持续4h;取出冷却,进行预处理后,用SEM、FTIR、XRD分别进行扫描。

1.2.2紫外光谱分析

对0.1mol/L的聚合硫酸铁溶液进行磁化处理,以滴定0.1mol/LNaOH溶液的方式,用不同的OH/Fe进行滴定,滴定完成后熟化2h,然后稀释50倍立刻进行UV扫描,非磁化聚合硫酸铁也做相同处理。

对聚合硫酸铁絮凝剂做扫描电镜分析、红外光谱分析、X射线粉末衍射(XRD)分析、紫外光谱分析,得出结论:SEM下,磁化聚合硫酸铁晶体颗粒尺寸明显比非磁化聚合硫酸铁要大,应该是磁结晶效应;FTIR下,磁化聚合硫酸铁和非磁化聚合硫酸铁是同一物质产物,XRD下,再次印证磁化聚合硫酸铁并没有形成新羟基键化合物从而排除其结构上的差异。而在UV下,磁化作用下Fe(c)含量减小,进而推断Fe3+在磁场作用下,使得Fe3+水合离子化合物的束缚力增强,由于水分子的氢键能力增强,抑制Fe3+进一步生成Fe(c)这类高聚态化合物,从而使Fe(a)、Fe(b)这类低聚态铁离子水合化合物含量增多。

磁场处理对聚合硫酸铁溶液水解产物影响的机理浅析

有研究表明,磁场作用使得以水和离子形式存在的阳离子对周围水分子的束缚力增强,水分子之间的氢键作用增强,降低了自由水分子在水中的比例,形成了更强大的水分子团簇结构〔13〕。鉴于磁化聚合硫酸铁并没有形成新羟基键化合物,水溶液在紫外光谱下吸收发生的变化,磁化作用下的机理:Fe3+在磁场作用下,使得Fe3+水合离子化合物的束缚力增强,由于水分子的氢键能力增强,抑制Fe3+进一步生成Fe(c)这类高聚态化合物,从而使Fe(a)、Fe(b)这类低聚态铁离子水合化合物含量增多。而聚合硫酸铁絮凝效果的强弱主要由Fe(a)、Fe(b)的含量决定,这也说明了为什么相同条件下磁化聚合硫酸铁用料省、效果好。

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