【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ,用氧氣將 Fe2+氧化成 Fe3+。 其生產(chǎn)過(guò)程是 :將硫酸亞鐵和硫酸的混合液噴入反應(yīng)器 ,并保持反應(yīng)液占反應(yīng)器總體積的 1/3。溶液在噴射過(guò)程中 ,與氣相中的 NO、 NO2和 O2反應(yīng) ,最后生成聚合硫酸鐵。經(jīng)測(cè)定 ,溶液中含有大量大分子絡(luò)合物。氧化反應(yīng)生成的聚合硫酸鐵中含有 NOx,需將其送至脫氮器 ,并向脫氮器中充入氧 ,使脫出 NOx的混合氣體再循環(huán)到反應(yīng)器使用。此法的原理與反應(yīng) 塔法制備聚合硫酸鐵的原理相同 。 它們的區(qū)別在于 ,前者是將液體噴射霧化 ,后者是利用填料的較大比表面積 ,加強(qiáng)氣體的吸收過(guò)程 ,提高反應(yīng)速度。由于原料硫酸亞鐵在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中往往混入雜質(zhì) ,這對(duì)聚合硫酸鐵的生產(chǎn)設(shè)備提出了更高的要求。在采用填料塔法生產(chǎn)時(shí) ,原料不經(jīng)預(yù)處理可以直接用于生產(chǎn)。 另外 ,采用填料塔法生產(chǎn) ,可以在較低的溫度和常壓下進(jìn)行 ,具有安全方便的特點(diǎn)。氮氧化物在催化氧化過(guò)程中消耗很少 ,而且可以循環(huán)使用 ,這樣既不會(huì)造成浪費(fèi) ,也不會(huì)帶來(lái)污染問(wèn)題。 (7）生物氧化法 :生物氧化法是以 硫鐵礦為原料 ，引入混合菌種作為料液 ，在室溫下通入空氣作氧化劑， 加入合適的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) ,FeSO4 在微生物作用下經(jīng)氧化、水解、聚合反應(yīng)得到生物聚合硫酸鐵（ BPFS） [12]。 硫鐵礦主要成分是 FeS2,先經(jīng)過(guò)自然氧化為 FeSO4: 2FeSO4 + 7O2 + 2H2O— → 2FeSO4 + 2H2SO4 亞鐵離子經(jīng)氧化亞鐵桿菌作用 ,生成三價(jià)鐵離子 : 2FeSO4 + O2 + H2SO4— → Fe2(SO4) 3 + H2O 以后的 FeS2靠 Fe2(SO4) 3氧化成三價(jià)鐵離子 : Fe2(SO4) 3 + FeS2 — → 3FeSO4 + 2S 6 生產(chǎn)的硫磺經(jīng)氧化硫酸桿菌作用轉(zhuǎn)化為硫酸 : 氧化硫酸桿菌 ↓ 2S+ H2O+ O2 — → H2SO4 這種方法生產(chǎn) PFS,所采用的原料來(lái)源廣 ,生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單 ,成本較低 。無(wú)需高溫高壓和消毒催化劑 ,生產(chǎn)中無(wú)任何毒副作用 。 其不足之處是產(chǎn)品中亞鐵離子含量較高 ,影響凈水效果 ,此種工藝目前還未普遍使用。 (8)一步合成法 :一步合成法是將雙氧水、氯酸鉀等氧化劑溶于堿性或中性含鉀化合物中制成氧化劑溶液 。在沸點(diǎn)溫度下控制 pH 值 ,加熱攪拌 FeSO4 懸浮液 , 制成一定濃度的 FeSO4溶液 。將制備的氧化劑溶液加入到 FeSO4溶液中 ,可制得粒徑 ～ 的固體 PFS[13]。 研究 開(kāi)發(fā) 意義 聚合硫酸鐵在水中能產(chǎn)生高效聚合鐵絡(luò)離子 ,與類(lèi)似的其它凈水劑相比 ,用量少、成本低、效果好。目前已廣泛用于原水凈化 ,污水處理 ,油水分離 ,廢銀回收 ,以及醫(yī)藥、制革、制糖、 釀酒等行業(yè)的廢水凈化處理 ,聚鐵生產(chǎn)方法有磁鐵礦法、硫酸亞鐵法、廢鐵屑法、鋼鐵廠廢酸法、硫酸廠硫鐵礦渣法等 [14]。南京油脂化工廠、武鋼供水廠、成都化工三廠、鞍鋼給排水公司、山東滕州凈水劑廠等是主生產(chǎn)廠。近年國(guó)內(nèi)對(duì)聚鐵的研究開(kāi)發(fā)取得很大進(jìn)展 ,用硫鐵礦渣為原料 ,用常壓低溫焙燒工藝制聚鐵已成功 。用鈦白粉廠副產(chǎn)硫酸亞鐵一步法制固體聚鐵產(chǎn)品的新技術(shù) ,是國(guó)家建設(shè)部、環(huán)?？偩值闹攸c(diǎn)科技推廣成果 。 聚鐵有強(qiáng)大市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 ,開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景廣闊 [15]。 目前我國(guó)一般以副產(chǎn)綠礬為原料采用亞硝酸鈉催化氧化生產(chǎn) PFS。生產(chǎn)液體PFS時(shí) ,由于液體 PFS鐵含量低、黏度大、干燥溫度低、干燥時(shí)間長(zhǎng) ,能耗大。因此 ,生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)控制和消除污染 ,改進(jìn)技術(shù)手段 ,降低能耗。開(kāi)發(fā)新技術(shù) ,研制新產(chǎn)品高效價(jià)廉的絮凝劑是使絮凝劑得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵 ,它已成為我國(guó)“十五”水處理劑的發(fā)展規(guī)劃 [16,17]。研究生產(chǎn) PFS高新技術(shù)和及 PFS新產(chǎn)品具有重要的意義。 本實(shí)驗(yàn)將采用 直接 氧化法制備液態(tài)聚合硫酸鐵 。 液態(tài)聚合硫酸鐵可以直接應(yīng)用到水處理中 ,而且還減少了由液態(tài)干燥到固態(tài)所產(chǎn)生的能耗 通 。 實(shí)驗(yàn)中 ,通 過(guò)正交實(shí)驗(yàn) ,研究 出最佳制備工藝 ,以解決 液態(tài)聚合硫酸鐵 鐵含量低不穩(wěn)定等問(wèn)題 。 7 2 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)材料與儀器 實(shí)驗(yàn)藥品 （表 1） 實(shí)驗(yàn) 中所采用的藥品與材料如表 1所示。 表 1 實(shí)驗(yàn)藥品和材料 Table 1 Reagents and materials 實(shí)驗(yàn)藥品 規(guī)格 生產(chǎn)廠家 重鉻酸鉀 AR 長(zhǎng)沙分路口塑料化工廠 二苯胺磺酸鈉 AR 長(zhǎng)沙分路口塑料化工廠 磷酸 AR 天津市大茂化學(xué)試劑廠 氟化鈉 AR 天津市大茂化學(xué)試劑廠 氯酸鉀 AR 上海山浦化工有限公司 硫酸亞鐵 AR 株洲市化學(xué)工業(yè)研究所 鹽酸 AR 湖南省株洲市化學(xué)工業(yè)研究所 濃硫酸 AR 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 氫氧化鈉 AR 上海山浦化工有限公司 主要儀器設(shè)備（表 2） 表 2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 Table 2 Apparatus and equipment 儀器、設(shè)備名稱(chēng) 生產(chǎn)廠家 FN1212 型鼓風(fēng)干燥箱 長(zhǎng)沙儀器儀表廠 組合恒溫磁力攪拌器 山 東省鄄城新科教學(xué)儀器廠 PHS3C 型精密 pH 計(jì) 海鵬順科學(xué)儀器有限公司 分析天平 梅特勒 托利多儀器上海有限公司 恒溫水浴鍋 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司 實(shí)驗(yàn)方法 液態(tài)聚合硫酸鐵的制備 實(shí)驗(yàn)中 按總 SO42:總 Fe 比例計(jì)算加入濃硫酸量 。 在燒杯中加入 100ml 水 ,再加入計(jì)算量濃硫酸配成稀溶液 ,加熱到設(shè)計(jì)溫度 。 再稱(chēng)取計(jì)算量的 FeSO4 7H2O和 KClO3(設(shè)計(jì)量 )各分成 24 份 ,在攪拌下分別將 2 份 FeSO4 7H2O 和兩份 KClO3加 入到上述燒杯中 ,攪拌 10min 繼續(xù)加入 1 份 FeSO4 7H2O 和一份 KClO3,以后每 8 隔設(shè)計(jì)時(shí)間 (2,5,8min)加 1 次 ,共計(jì)加料 22 次 ,投料結(jié)束后 ,繼續(xù)攪拌 10min,冷卻即可 。 PH 值的測(cè)定 將洗凈收干的電極插入待測(cè)溶液，測(cè)定 PH 值 ,所得結(jié)果應(yīng)表示至一位小數(shù)，兩次測(cè)定結(jié)果之差不大于 值單位取算術(shù)平均值為測(cè)定結(jié)果 [18]。 鹽基度測(cè)定 分析試樣 10ml 于 250ml 錐形瓶中，取 ，加入上述被測(cè)溶液中，在 50 度水浴中加熱 10 分鐘，流水冷卻至室溫 ，加入飽和氟化鈉溶液70ml，再放置半小時(shí)后，過(guò)濾除去沉淀 ,用 ％氟化鈉溶液將沉淀物洗 2— 3 次。然后在濾液中加 3滴 ％酚酞指示劑溶液 ,立即用 滴定至終點(diǎn)，同時(shí)作一空白平行試驗(yàn)對(duì)照 [20]。 二價(jià)鐵含量的測(cè)定 用 10ml 移液管吸取分析試樣 10ml 于 500ml 錐形瓶中，加蒸餾水 200ml 稀釋之，加硫磷混酸溶液 20 至 25ml，再加 5 滴二苯胺磺酸鈉溶液作指示劑 [21]。立即用 ,記下消耗毫升數(shù)。 密度測(cè)定 將適量的待測(cè)液體注入干燥清潔的 250ml 量筒中，攪拌均勻后，拿住密度計(jì)上端，使它輕輕浮在液中，切莫讓液體粘附到露出部分，使密度計(jì)處于量筒中心懸浮，按彎月面上緣進(jìn)行讀數(shù)（眼睛與彎月面上緣平行）。 3 結(jié)果與 討論 工藝條件對(duì) 鹽基度 的影響 聚合硫酸鐵制備 原理 制備聚合硫酸鐵的含鐵原料較為廣泛 ,制備方法多種多樣 ,可以廢硫酸和鐵屑為原料進(jìn)行生產(chǎn) ,其中以硫酸亞鐵為原料的聚合硫酸鐵不含重金屬離子 ,可用于飲用水處理 ,其反應(yīng)方程式如下 : 氧化 6FeSO4 + KClO3 + 3H2SO4 — → 3Fe2(SO4)3 + KCl + 3H2O 水解 Fe2(SO4)3 + nH2O — → Fe2(OH)n(SO4)3 n/2 + n/2H2SO4 聚合 mFe2(OH)n(SO4)3 n/ 2 — → [Fe2(OH)n(SO4)3 n/ 2]m 聚合硫酸鐵的性能取決于總鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)和鹽基度 ,尤其是鹽基度 。 鹽基度越高 ,說(shuō)明聚合度越大 ,混凝性能越好 。 制備時(shí)加硫酸有利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行 ,可使 9 Fe2+轉(zhuǎn)化完全 。 溶液中的 SO42和 HSO4形成緩沖體系能保持溶液 pH 值的相對(duì)穩(wěn)定 ,SO42向 HSO4轉(zhuǎn)化也會(huì)促進(jìn) Fe3+的水解 。 硫酸用量對(duì)產(chǎn)品的鹽基