漳州聚合硫酸鐵絮凝劑
3 結果與討論
3.1 工藝條件對鹽基度的影響
3.1.1 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行生產,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量分數和鹽基度,尤其是鹽基度。鹽基度越高,說明聚合度越大,混凝性能越好。制備時加硫酸有利于氧化反應的進行,可使Fe2+轉化完全。溶液中的SO42-和 HSO4-形成緩沖體系能保持溶液pH值的相對穩定,SO42-向HSO4-轉化也會促進Fe3+的水解。硫酸用量對產品的鹽基度和總鐵質量分數有很大影響,隨著硫酸用量的增加,Fe2(SO4)3 的生成速率增加,有利于單體 Fe2(OH)n(SO4)3- n / 2的生成,提高了聚合反應速率,鐵結合的羥基數增加,鹽基度也隨之增大[22]。但當硫酸用量增加到一定程度時,也會抑制水解反應的發生,不利于聚合反應,甚至使聚合硫酸鐵發生分解,鹽基度下降。氧化反應是不可逆過程,反應速度較快,而水解和聚合反應均為可逆過程。當氧化劑用量少時,Fe2(SO4)3 生成量少,不利于Fe2(OH)n(SO4)3- n / 2 的單體生成,因而鹽基度小。
本實驗研究了不同溫度和物料配比條件下聚合硫酸鐵的合成工藝[23] 。對制備的聚合硫酸鐵進行質量檢驗和絮凝效果測試,從中得出制備聚合硫酸鐵的最佳工藝條件。
(6）氮氧化物催化氧化法:硫酸亞鐵和硫酸為原料、硝酸為氧化劑的合成法與以硫酸亞鐵、硫酸、氧氣為原料, 硝酸為催化劑的合成法的反應機理是完全不同的[10]。前者是以液體硝酸為氧化劑,還原產物NO逸出溶液,不具有任何催化作用。這種方法的特點是硝酸用量大,Fe2+完全靠硝酸中的正五價氮氧化,屬于液液反應。后者是以硝酸為催化劑,其特點是在硫酸、硫酸亞鐵和水的混合液中加入少量的硝酸,還原產物NO再與O2反應,生成NO2,NO2再氧化Fe2+,如此循環,直至Fe2+被完全氧化為止。該方法是一種氣液反應。最近,美國也有利用類似原理生產聚合硫酸鐵的專利[11],其生產過程是在70～150℃,一定的壓力、氮氧化物的催化作用下,用氧氣將Fe2+氧化成Fe3+。
其生產過程是:將硫酸亞鐵和硫酸的混合液噴入反應器,并保持反應液占反應器總體積的1/3。溶液在噴射過程中,與氣相中的NO、NO2和O2反應,最后生成聚合硫酸鐵。經測定,溶液中含有大量大分子絡合物。氧化反應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的混合氣體再循環到反應器使用。此法的原理與反應塔法制備聚合硫酸鐵的原理相同。它們的區別在于,前者是將液體噴射霧化,后者是利用填料的較大比表面積,加強氣體的吸收過程,提高反應速度。由于原料硫酸亞鐵在生產和運輸過程中往往混入雜質,這對聚合硫酸鐵的生產設
備提出了更高的要求。在采用填料塔法生產時,原料不經預處理可以直接用于生產。
另外,采用填料塔法生產,可以在較低的溫度和常壓下進行,具有安全方便的特點。氮氧化物在催化氧化過程中消耗很少,而且可以循環使用,這樣既不會造成浪費,也不會帶來污染問題。
