聚合硫酸铁制备方法研究及其发展.pdf

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1、第1卷第5期环境污染治理技术与设备Vol.1,No.52000年10月TechniquesandEquipmentforEnvironmentalPollutionControlOct.,2000¹聚合硫酸铁制备方法研究及其发展121郑怀礼龙腾锐袁宗宣1(重庆建筑大学应用科学与技术系,重庆400045)2(重庆建筑大学城市建设学院,重庆400045)摘要聚合硫酸铁是一种优质高效无机高分子絮凝剂,在水处理领域中有良好的应用前景。本文探讨和综述了聚合硫酸铁制备方法的研究现状和发展趋势,并比较了各种方法的优缺点。内容包括:直接氧化法、催化氧化法、一步法、两步法、微生物氧化法以及其它一些新颖的制

2、备方法。关键词:絮凝剂聚合硫酸铁制备方法一、前言聚合硫酸铁(PFS)也称碱式硫酸铁或羟基硫酸铁,其分子式一般可表示为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m。它是硫酸铁在水解$絮凝过程中的一个中间产物。液体聚合硫酸铁本身5+6+6+[1]含有大量的聚合阳离子,如[Fe3(OH)4]、[Fe6(OH)12]、[Fe4O(OH)4]等。其在3+3+3+水溶液中存在着[Fe(H2O)6]、[Fe2(H2O)3]、[Fe(H2O)2]等络合阳离子。它们以羟基(-OH)架桥形成多核络离子,从而形成巨大的无机高分子化合物,相对分子量可高5达1@10。由于上述络离子的存在,它能够强烈地吸附胶体微粒,

3、通过粘附、架桥、交联作用,促使微粒凝聚。同时伴随的一系列的物理、化学变化,可中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷,降低胶体的Zeta电位,使胶体粒子由原来的相互排斥变为相互吸引,从而破坏了胶团的稳定性,促使胶团微粒相互碰撞,形成絮状沉淀。这种絮状沉淀表面积很大,极具吸附能力。由于PFS的这种既可吸附,又可脱稳,既有粘附又有架桥的作用,使之成为[2]性能优越的无机高分子絮凝剂。聚合硫酸铁同传统的无机盐类混凝剂相比,有以下优点:(1)絮粒(絮凝体)形成速度快,颗粒密实,比重大,沉降速度快。(2)对于各种废水中的COD、BOD、色度及重金属均有良好的去除效果。(3)絮粒(絮凝体)同微生物的结合能力强

4、,因而对浮游生物等微生物有良好的去除效果。(4)在应用过程中,原水水温及pH值适应范围较广。(5)能降低出水中亚硝氮及铁的含量。¹重庆市中青年科技专家基金资助项目。22郑怀礼等:聚合硫酸铁制备方法研究及其发展1卷(6)对污泥有较好的脱水性。(7)合成原料广泛,产品价格低。因此,PFS可用于工业废水、城市污水、工业用水以及生活、饮用水的处理。[3]此外,由于铝系絮凝剂及聚丙烯酰胺等有机物单体存在毒性问题,使得聚合硫酸铁在水处理工业中的应用范围不断扩大,日益受到企业界和学术界的重视。尽管目前世界上已能生产固、液两种聚合硫酸铁产品。但是如何低成本、低能耗地制备高质量、高稳定性的聚合硫酸铁仍是絮

5、凝剂研究领域的热点;其制备方法的研究倍受学术界和企业界的关注。本文仅对其制备方法的研究现状和发展趋势,并结合我们的研究工作做一些探讨和评述。[1]二、直接氧化法聚合硫酸铁可直接用氧化硫酸亚铁的方法制备,即用H2O2、KClO3、NaClO、HNO3、O2等强氧化剂,控制H2SO4BFeSO4<1B2时,由硫酸亚铁溶液经氧化、水解、聚合而制得PFS。11双氧水氧化法双氧水(H2O2)在酸性环境中是一种强氧化剂,可以将亚铁氧化成三价铁从而制得聚合硫酸铁:2FeSO4+H2O2+(1-n/2)H2SO4=Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(2-n)H2O制备过程中,按照生产量和所需的盐基度

6、,在反应釜中加入硫酸亚铁、硫酸和水,混合,当温度升高到30~45e时,在搅拌过程中,通过加料管在釜底缓慢加入H2O2。H2O2很快将亚铁氧化成三价铁,取样分析,待亚铁浓度降至规定浓度时,停止反应。利用本法生产聚合硫酸铁,具有设备简单、生产周期短、反应不用催化剂、产品不含杂质、稳定性高等特点。但反应过程中,有H2O2分解时形成的O2气放出,在无催化剂时,起不到氧化作用。要减少O2的生成,需控制H2O2的投加速度。制备工艺为间歇式操作,影响生产效率。H2O2成本较高,它增加了聚合硫酸铁的生产成本,不利于工业化生产。21氯酸钾(钠)氧化法氯酸钾是广泛应用于炸药和火柴工业的强氧化剂,同样可以将亚

7、铁氧化成三价铁:6FeSO4+KClO3+3(1-n/2)H2SO4=3[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]+3(1-n)H2O+KCl制备时,将硫酸、硫酸亚铁和水按比例加入反应釜中,在常温或稍高温度下,搅拌中加入氯酸钾。检验亚铁离子减少到规定浓度即可结束反应。该法生产工艺简单,设备投资少,产品稳定性好,反应效率高,无空气污染。产品中含有氯酸盐,可兼作混凝与杀菌药剂。但制品中残留有较高的氯离子和氯酸根离子,不宜于饮用水处理。同时