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针对四种聚合硫酸铁制备方法的对比分析

发布时间:2021年8月17日     点击数:413

1974年日本铁矿业株式会社第一次以硫酸亚铁和硫酸为原料,通过亚硝酸钠催化氧化硫酸亚铁经反应17个小时后制得聚合硫酸铁,从此打开了聚合硫酸铁的大门,聚合硫酸铁如雨后春笋一般开始了蓬勃的发展。

经过近20年的研究,我国学者对聚合硫酸铁的制备来源的研究有了很大的进步,更多的向工业废渣和废酸的方向发展,通过废酸溶解废渣获得母液来制取聚合硫酸絮凝剂。杨杰等利用不同的氧化剂制备了聚合硫酸铁,并以盐基度为考察标准,研究了氧化剂的种类、反应温度、反应时间以及硫酸亚铁与硫酸的摩尔比对反应工艺的影响。张爱丽等将聚合硅酸与聚合硫酸铁复合得到F-PFS。张开仕等利用粉煤灰、废铁屑、废硫酸等废弃物制备出了性能较好的絮凝剂PFASS。刘佩红等采用硫铁矿烧渣为主要原料,生产制备新型聚合双酸铁铝混凝剂及其水处理混凝性能进行了研究。白风荣等以赤铁矿为主要原料,用硫酸提取Al3+、Fe3+制备了聚合硫酸铝铁(PAFS)。上述研究为后续聚合硫酸铁的研究提供了宝贵的经验和启发,学者们陆续发现了更多的可行之路。

聚合硫酸铁的制备

一般的聚合硫酸铁絮凝原理较为简单,可以概括为吸附架桥、压缩双电层、吸附电中和、网捕卷扫等原理。通常由催化剂催化硫酸亚铁氧化为硫酸铁,然后通过控制硫酸铁水解过程,使其形成不同形态的羟基化合物,较后由不同羟基类铁化物聚合形成不同类型的大分子羟基络合物。

1、用催化湿式过硫酸钠氧化脱硫废渣制备聚合硫酸铁

郭冉等利用热辅助脱硫废渣中的Fe2+活化Na2S2O8获得SO42-,然后硫酸根自由基氧化脱硫废渣中的硫化物和低价态铁制得硫酸铁母液。该方法的制备条件是调节母液的初始pH为9,调节反应温度为55℃、反应时间为2h,此条件下Fe2(SO4)3水解后聚合成聚合硫酸铁絮凝剂。本方法利用热辅助脱硫废渣活化Na2S2O8,活化率提高了5.5倍,反应速度有很大的提高。

2、用稀土镧改性制备聚合硫酸铁

拜俊岑等利用稀土镧对絮凝剂进行改性处理,制备固体稀土镧改性聚合硫酸铁絮凝剂。它的作用原理同有机絮凝剂类似,利用稀土镧在一定程度上增长絮凝剂的链状架构,即可以获得絮凝效果优良,吸附能力强的成品。利用稀土镧对絮凝剂改性处理,增长链结构,大大增强其吸附能力。

3、利用铝箔废酸制备聚合硫酸铁铝

张骁等以铝箔酸洗废液为原料,通过酸溶—碱化—水解熟化等工序制备了聚合硫酸铁铝。此方法多应用于铝制工业中,具有以废治废的特点、成本低、操作简单。不仅可以回收铝资源,还可以减少固体废渣排放量,同时具有良好的经济效益和环保效益。缺点是反应时间较长,且对硫酸浓度有较高要求。

4、固体生物聚合硫酸铁的制备

徐小慧等以工业FeSO4·7H2O为原料,制备生物聚合硫酸铁(BPFS),利用减压蒸发技术进一步制得固体生物聚合硫酸铁。对该产品进行结构分析,分析表明该产物是一种非晶态物质,固体粉末颗粒没有呈现特定的晶型结构、密度小、分子比表面积大。结构分析表明了该产品在吸附微小颗粒方面有着独特的优势。

聚合硫酸铁制备方法对比分析

通过对上述四种方法的制备条件和絮凝效果进行数据总结,可以得到表1的数据。

由表1可以看出,聚合硫酸铁的制备具有相当广泛的来源,而且大部分来源广泛、价格低廉。其中,每种絮凝剂在其制备的过程对配料比、pH、酸度和盐基度都有严格的要求。如表1所示,催化法的配料比要严格控制在1.5、pH在9左右才能制备出成品,如果配料比大于1.5时,则会导致亚铁离子不能完全氧化过硫酸根离子,无法生成硫酸;配料比小于1.5时,则会导致亚铁离子过量,多于的亚铁离子会污染母液,使得产品不纯。同样的,其他三种方法如果不按照规定的条件去制备,也会造成此类问题。

通过对国内广泛应用的四种聚合硫酸铁制备方法的分析,可以看出四种方法各有优劣,这是由于每种絮凝剂所作用的环境不一样导致的。针对排污量小、规模小的企业适用于催化法制取的聚合硫酸铁;稀土镧改性法制取的聚合硫酸铁尚处于研究和开发阶段;酸溶碱化法制取的聚合硫酸铁适用于出水要求高、规模大的企业;固体生物法也处于研究和开发,但是该法与微生物相结合,如果能克服缺点,就能得到长足发展。学者们充分发挥了因地制宜的思想,根据环境和条件的不同研究出了较适合生产的聚合硫酸铁。聚合硫酸铁的发展不仅能提高产能,也可以减少排放。学者们在不同的方向上对絮凝剂展开了研究,不遗余力地研究出了与生产相对应的制备方法,虽然每种方法都有不足之处。但这并不影响聚合硫酸铁在水处理工程中的重要应用,聚合硫酸铁的发展也是保护环境、提高产能、加大社会经济效益的重要环节。

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