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铁系高分子絮凝剂的合成方法

发布日期:2011-05-06  浏览次数:654

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文章摘要:   聚合铁是一种由铁盐预制的中间水解产物,属于水溶性无机高分子物质,溶于水后产生大量的高电荷聚合阳离子,如Fe2(OH)3+

   聚合铁是一种由铁盐预制的中间水解产物,属于水溶性无机高分子物质,溶于水后产生大量的高电荷聚合阳离子,如Fe2(OH)3+3、Fe2(OH)4+2、Fe3(OH)5+4等羟基桥联形成的各级多核络合铁离子。因此具有很强的中和悬浮颗粒上的电荷能力,使之脱稳并生成较大颗粒的絮凝体,同时也因其具有很大的比表面积和很强的吸附能力,对污水中乳化油有良好的破乳效果,对重金属、臭味和色素也有较强的吸附能力,使用时显示出其独特的优越性,因此它的应用广泛。

  铁系高分子絮凝剂开发最早的国家是日本,1976年日本就有专利申请。到了80年代,日本的古河矿业公司和日铁矿业公司分别建起了年产万吨的工业生产装置。此后相继有前苏联、美国、德国等许多国家申请了专利。国内开发铁系高分子絮凝剂最早的是化工部天津化工研究院。他们开发了聚合硫酸铁(PFS),以后又有沈阳化工学院、上海冶金设计研究院、冶金环保研究所等也开发成功了铁系高分子絮凝剂。现就聚合铁盐的合成方法进行概述。

  1 单组分型铁系高分子絮凝剂的合成方法

  1.1 聚合硫酸铁(PFS)的合成方法

  聚合硫酸铁又称碱式硫酸铁,它是一种高效新型水处理剂,广泛用于饮用水、工业废水、城市污水的处理。聚铁与传统的三氯化铁、硫酸铁等净水剂相比,有以下优点:

  (1)具有优良的凝聚性能,絮凝体形成速度快,密集器质量大,沉降速度快,尤其对低温低浊水有优良的处理效果。

  (2)适用水体pH范围广。

  (3)具有较强的去除水中BOD、COD及重金属离子的能力,并有脱色、脱臭、脱水、脱油等功效,残留的铁离子少。

  (4)使用时,腐蚀小。

  其制备方法很多,按其原料来源大致可分为以下几种:

  1.1.1 利用钛白粉生产中的副产物生产PFS

  在用硫酸法生产钛白粉(TiO2)的过程中有副产物FeSO4生成。将酸性溶液中的FeSO4,在NO催化下,用空气氧化成三价铁离子,然后与NaOH中和,调整碱化度,使其发生聚合反应,可得到盐基度为65.85%的PFS,其反应式为:

  2FeSO4+NO2+H2SO4=Fe2(SO4)3+NO+H2O

  2NO+O2=2NO2

  m Fe2(SO4)3+mn(OH)=[Fe2(OH)2(SO4)3-n/2]m 其中n<2,m≥10

  1.1.2 以工业硫酸废液为原料生产PFS

  以工业硫酸废液为原料,亚硝酸钠为催化剂,按硫酸:硫酸亚铁为(0.3~0.5)∶1的原料配比,在密闭的容器中,通入纯氧(氧压0.15~0.3MPa),于55~90℃条件下反应1.5~2.0h,即制得了PFS。该过程采用纯氧,大大降低了亚硝酸钠的用量,缩短了反应时间。其反应式为:

  2FeSO4+ H2SO4+ O2= Fe2(SO4)3+2OH

  mFe2(SO4)3+mn(OH) =[Fe2(OH)2(SO4)3-n/2]m 其中n<2,m≥10

  1.1.3 以磁铁矿、菱铁矿为原料生产PFS

  将磁铁矿粉碎成一定粒度的粉末,按磁铁矿粉:硫酸为1∶4的比例,加水搅拌反应24h,在100~103℃聚合1.5~2.5h,制得液体的PFS。在此液体PFS中,加入0.5%~0.8%(m/m)的氯酸钾作为氧化剂进行反应0.5~1h,然后在120℃浓缩,可得到固体的PFS产品。

  以菱铁矿生产PFS时,首先将菱铁矿粉碎成3~7cm的块状,然后加入水∶硫酸∶硝酸配比为100∶15∶3的混酸,反应温度为18~40℃,反应48h,就可得到PFS。

  1.1.4 由Fe3+化合物直接生产PFS

  以Fe2O3为原料,使Fe2O3和稀硫酸(浓度>20%)在90~120℃,压力<0.3MPa下反应1~5h就制得PFS;或使Fe3O4与40%H2SO4加热就会合成出[Fe2(OH)2(SO4)3-n/2]m,其盐基度由H2SO4的用量控制。

 
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