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不了解聚合硫酸铁的制备和使用方法,看这篇!

发布时间:2022年4月27日    

聚合硫酸铁是一种性能优越的无机高分子混凝剂,形态性状是淡黄色无定型粉状固体,很易溶于水,10%(质量)的水溶液为红棕色透明溶液,吸湿性强。

聚合硫酸铁是一种多羟基,多核络合物的阳离子絮凝剂。 其水溶液含有大量聚合铁络离子,对水中悬浮物的胶体颗粒进行电性中和,降低电位,使水中的胶体颗粒迅速凝聚成大颗粒,同时还兼有吸附、架桥的凝聚作用,使水中的胶体颗粒迅速凝聚成大颗粒,同时还兼有吸附、架桥的凝聚作用,使微粒凝聚成大颗粒,加速颗粒沉降,达到净水的目的。

制备方法

1.直接氧化法直接氧化法使用的氧化剂主要有H2O2、Cl2、NaClO、KClO3等无机氧化剂,直接氧化法反应速度快,反应进行彻底,产品质量好。但由于使用了昂贵的氧化剂,因此,产品成本较高。

(1)双氧水氧化法

双氧水(H2O2)在酸性环境中的标准电很电势为1.77V,可以将Fe2+氧化成Fe23+从而制得聚酸铁。胡成松[4]以钛白粉厂副产品FeSO4为原料,在常温常压下用H2O2直接氧化法合成聚合硫酸铁:2FeSO4+H2O2+(1-n/2)H2SO4=Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(2-n)H2O此方法具有设备简单、生产周期短、反应不用催化剂、产品纯度高等优点。由于H2O2与FeSO4的氧化反应非常剧烈,反应过程中放出大量的热量,温度过高会加速H2O2分解,H2O2分解时有O2放出,要减少O2的生成,需控制H2O2的投加速度及反应温度。因H2O2价格较高,增加了聚合硫酸铁的生产成本。

(2)KCIO3(Na)氧化法

KCIO3(Na)也可作为氧化剂将Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ)。以硫铁矿烧渣为原料,以NaClO3为氧化剂制备PFS。硫铁矿烧渣是用硫铁矿制取H2SO4过程中产生的残渣,主要为未反应的原料和副产物,主要成分为Fe2O3、Fe3O4和FeS,以硫铁矿烧渣为原料,一方面可以消除烧渣堆放对环境的污染,另一方面变废为宝使烧渣得到综合利用。先用H2SO4分解烧渣,发生下列反应:Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2OFe3O4+4H2SO4=Fe2(SO4)3+FeSO4+4H2OFe2(SO4)3+FeS=FeSO4+S再用NaClO3氧化亚铁:6FeSO4+NaClO3+3(1-n/2)H2SO4=3[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]+3(1-n)H2O+NaCl由于原料中的铁大部分是Fe(Ⅲ),该法可以充分利用已有的Fe(Ⅲ)节约氧化剂的用量、降低成本,并能调节产品的盐基度。由于产品中残留有较高浓度的Cl-和ClO-3,同时烧渣本身成份复杂,该方法生产的产品不宜用于饮用水处理。

(3)NaClO氧化法

NaClO的氧化还原电位为0.89V高于E(Fe3+/Fe2+)=+0.771V,从电化学角度NaClO可以将Fe2+氧化成Fe3+:2FeSO4+NaClO+3(1-n/2)H2SO4=Fe2(OH)(SO4)3-n/2+NaCl+(1-n)H2O副反应:2NaClO+2H2SO4=Na2SO4+2HChemicalbook2O+Cl2↑副反应生成的Cl2仍可将Fe(Ⅱ)氧化成Fe(Ⅲ),但Cl2泄露易造成空气污染。

(4)HNO3氧化法

HNO3是一种强氧化剂,氧化Fe2+的过程中产生NO,NO与Fe2+生成Fe(NO)SO4络合物,有利于加快氧化过程。反应式如下:FeSO4+HNO3=Fe(OH)SO4+NO2↑反应生成的NO2又可以起氧化作用,因而HNO3的氧化效率高。该法以FeSO4为原料,用硫酸酸化后,再以工业浓HNO3氧化。用HNO3氧化时,成本较低,反应周期短,所得聚铁产品浓度高,易于转化为固体产品。若使用工业一级品原料,所得产品可用于饮用水处理。用HNO3作氧化剂成本低,反应速度快,但需增加尾气吸收装置。

2.催化氧化法

以空气或氧气为氧化剂,在催化剂的作用下,在酸性的环境中Fe(Ⅱ)被氧化成Fe(Ⅲ)。O2是一种强氧化剂,其在酸性环境中氧化还原标准电很电位为1.229V大于E(Fe3+/Fe2+)=+0.771V,从热力学上看可以将Fe2+氧化为Fe3+,但氧化速度非常缓慢。在实际生产中难以单独实现Fe2+的完全氧化,为了加快这个反应速度,必须要加入催化剂。常用的催化剂主要是氮氧化物,如NaNO2、HNO3。以NaNO2为例,反应机理如下:1)催化氧化反应H2SO4+2NaNO2=2HNO2+Na2SO4H2SO4+2HNO2+2FeSO4=Fe2(SO4)3+2NO↑+2H2O2NO+O2=2NO2↑H2SO4+NO2+2FeSO4=Fe2(SO4)3+NO↑+H2O总反应式为:4FeSO4·7H2O+(2-n)H2SO4+O2=2Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(30-2n)H2O式中,0≤n<2。2)水解反应Fe2(SO4)3+nH2O=Fe2(OH)(SO4)3-n/2+n/2H2SO43)聚合反应mFe2(OH)n(SO4)3-n/2=[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m因NaNO2有致癌作用,易残存于产品中,因此,不适合于饮用水处理。此外,反应过程中催化剂有副产物NO,NO2产生,污染环境,后期尾气处理工序复杂。

3.一步法合成PFS

该方法是用双氧水、氯酸钾等氧化剂,溶于碱性或中性含钾化合物中制成氧化剂溶液,在沸点温度下,控制pH值为1.5~2.5,加热搅拌FeSO4悬浮液,制成初始浓度为0.02~2.0mol/L的FeSO4溶液。将氧化剂溶液加入到FeSO4溶液中,较终可制得粒径直0.2~0.7μm的固体聚合硫酸铁产品。

聚合硫酸铁的使用方法

使用时,一般将液体硫酸聚合硫酸铁配成10%~50%的水溶液(在原水浊度高时可直接投加),固体聚合硫酸铁配成10%~30%的水溶液,再根据具体情况将配好的溶液按较佳的条件和药剂量投加,经充分搅拌后可得到较佳的混凝效果。

聚合硫酸铁的用量可根据原水的不同浊度,测定较佳投药量,一般浑浊(浊度在100~500mg/L)水使用本品30~50kg/1000t;非饮用水高浊度工业污水可适当投加。

以除磷为目的时,出水总磷不同,可投加的聚合硫酸铁位置不同。含磷量比较小,可投加于初沉池中;含磷量比较高时,则在二沉池出水投加混凝剂并进行过滤处理;没有生化池时,则可直接投加聚合硫酸铁,再加絮凝剂。

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