聚合硫酸铁的制备及其对含镍废水处理的研究

聚合硫酸铁的制备及其对含镍废水处理的研究

陕西科技大学学报，第30卷，第5期，2012年10月5日，2012年10月，文章编号：2012）05-0005-03聚合硫酸铁的制备及其对含镍废水的处理刘存海，刘刚，韩丽萍（陕西科技大学化工学院，轻化工助剂化学与技术教育部重点实验室，陕西西安）摘要：以过氧化氢氧化硫酸亚铁，采用程序控温法，得到高碱度的聚合硫酸铁。探索了制备硫酸亚铁的最佳合成条件，并将该产物用于处理含镍废水。结果表明，当n（H2O2）； n(H2SO ): n(H2O): n(FeSO ·7H2O)=2.3:0.3:0.83:1，得到符合GB 14591-2006要求，碱度可达15.63的聚合硫酸铁液体。该产品处理含镍废水，镍去除率可达99.8A0。关键词：聚合硫酸铁；直接氧化；程序控温；含镍废水中图分类号：TQ314.253文献标识码：and Cun-hat, IIU Gang

HAN (． & , , , , Chi—na): e,gram to (PFS)．命运。 ． n(H2O2).

n(H2SO4) n(H2()). n(FeSO4·7H2O)was2．3：0．3：0．83：1，15． ， 14591—2006． pto99．8． ：te(PFS);；克；镍含有多羟基，使得它对重金属离子有很好的去除效果。此外，聚合硫酸铁（PFS），简称聚铁，对COD、高色度造纸废水的处理也有很好的效果。它是在絮凝剂硫酸铁发展而来的一种新型无机絮凝剂，因其具有矾花大、水解速度快、密度大、pH范围宽、对设备腐蚀小、分子絮凝剂高等特点。由于聚铁含有羟基，又称生产成本低、无害，因此，在工业上广泛使用羟基硫酸铁或碱式硫酸铁。废水、生活污水、饮用水净化等领域l1]。分子式为[Fe(OH)(SO ) /]。聚合硫酸铁的合成方法很多，包括直接氧化法、催化氧化法、生物氧化法、其他氧化法[Fe(OH)(SO )。

一／z]，该反应为放热反应。直接氧化法是利用强氧化剂将Fe氧化为1.2.2实验方法Fe”。此法具有反应速率快、工艺路线简单、制备要求简单、反应投资少、产品质量高等优点，通过改变硫酸与硫酸亚铁的摩尔比、双氧水与硫酸亚铁的比例、水的用量和反应温度，已得到广泛的工业化应用。直接氧化法所用的氧化剂为HO，升温后采用程序降温控温法，以碱度(采用HNO3、KClo3或NaClO、MnO2、C12、O2、KMnO-2006碱度测定法)为表征参数。胡成松l5等在常温常压下，以HO为氧化剂，探索了双氧水氧化硫酸亚铁的最佳工艺。以钛白粉厂副产物硫酸亚铁为原料，经水解、氧化，考察了其脱镍效果对产物的含量进行检测，用原子吸收聚合法测定镍含量，最终得到聚合硫酸铁絮凝剂。制备的PFS具有光度稳定性好、质量高等特点。以双氧水为氧化剂的方法具有反应速度快、设备简单、不向反应体系中引入其它杂质离子等优点，制备的PFS纯度较高。2.1最佳n(H2O2)/n(FeSO4·7H2O)的确定由于在氧化和水解反应中提高一定的温度可以有效提高PFS的碱度，而在聚合反应中降低温度可以有效提高聚合度。因此本文采用程序升温(高温至低温,开动搅拌器,依次加入0.、0.03mol、0.、…otol,0.04%碘,适用于中小企业液体多硫化物的规模生产。0.04%碘,…天津市红岩化学试剂厂;氢氧化钠(AR):天津市恒星化学试剂制造有限公司;盐酸(AR):四川西陇化工有限公司;酚酞(AR):北京化学试剂研究所;二苯胺磺酸钠(AR):公私合资新中化工厂;硫酸(西安化学试剂厂);磷酸(开封化学试剂总厂);氯化汞(AR):贵州省铜仁仪器化学试剂厂。过氧化氢体积/mL图1碱度与双氧水投加量关系曲线1.2实验内容1.2.1实验原理由图1结果可见：在一定硫酸用量下，本实验采用双氧水作为氧化剂，具体反应分为碱度的氧化、水解和聚合三个部分，具体反应原理为：在投加量为0.5之前，随着其投加量的增加，碱度有明显的增加，但投加量大于0.5之后，碱度反而增加。（1）氧化反应：+HO+H2SO4-Fe。

产物碱度几乎不再增加，随着双氧水用量的增加，可使反应过程逐渐增大。(SO 4 )+2H 2 O。此反应过程最慢，也是决定反应速度的步骤。Fe(SO 4 )3--n的生成。在此过程中可显著提高硫酸与硫酸亚铁单体的摩尔比，直接影响氧化过程，此反应为放热反应，可显著提高产物的碱度。但在0.5℃以后，由于反应体系中的（2）水解反应：Fe(SO 4 )+n/2H 2 O-[Fe2+Fe…]已被完全氧化，导致产物的碱度变为（0H）（SO 4 )+n/2H 2 SO 4 。此反应为吸热反应，对反应影响很大。 2.2最佳n(H 2 SO )/n(FeSO 3 ·7H2O)的确定 (3)聚合反应:m[Fe2(OH) (SO 3 ) ~/2]-称取5. ·7H2(),加入10ml 5号蒸馏水,分别加入0.1mol、0.2mol、0.3mol、0.4mol、0.6mol、0.7mol,放入25℃水浴中,调节转速为120r/min,开动搅拌器,以每隔5s一滴的速度加入0.1mol双氧水,继续搅拌10min,过滤,分别测定碱度,绘制碱度与硫酸用量关系曲线,结果见图2。温度采用程序升温控制方法（设定最高温为25℃，15 min内升温至25℃，保温10min，用自来水快速降温10min）。 图3 碱度与加水量关系曲线 最佳加水量为3.0 mL，既能使硫酸亚铁完全溶解，又能得到碱度较高的产品。 2.4 程序升温与传统恒温控制的比较 一种方式采用程序升温（先升温后降温），另一种方式采用传统固定温度。按照上述讨论的最佳配方进行反应，分别测定碱度，绘制碱度与温度曲线，结果如图4所示。 图2 碱度与硫酸用量关系曲线 由图2结果可以看出：在双氧水用量一定的情况下，在一定范围内，随着硫酸用量的增加，Fe

(SO 3 )。Fe(OH) (SO 3 )3--n/2单体的生成速度增大，有利于Fe(OH) (SO 3 )3--n/2单体的生成，从而增大聚合反应速度，从而增加与铁结合的羟基数量，提高碱度。但硫酸的用量超过一定量时，会抑制Fe水解反应的发生，不利于聚合反应的进行，甚至会使聚合硫酸铁分解，导致碱度下降。2.3最佳n(HO)/n(FeSO 3 ·7H O)的确定图4 程序控温及恒温条件下碱度与温度关系曲线称取5. ·7H2O，分别加入3.0 mL、4.0 mL、5.0 mL、6.0 mL、7.0 mL、8.0 mL。从图4可以看出，在同样的最高温度条件下，程序升温控制法所得产物碱度较高，最佳温度为9.0 mL蒸馏水和10.0 mL蒸馏水。加入0.，调速至120r/min，开动搅拌器，以每隔5S一滴50℃的速度加入0.5%双氧水。继续搅拌10min。程序升温之所以能得到碱度较高的产物，是因为氧化反应为放热反应，但反应程度较过滤要高。碱度单独测定，碱度与水消耗量关系可认为是不可逆反应，适当提高温度有利于曲线，结果如图3所示，程序升温控制温度，碱度的提高。水解反应为吸热反应，此反应也是决定碱度的关键步骤。因此，升温至25℃，保温10min，用自来水快速降温10min。因此，快速降温降低温度有利于反应向正反应进行。由图3可知，减少水量可明显提高聚合度，有利于碱度。但减少水量会明显提高总铁含量，水量过少，溶解不完全，（下转第12页）从而导致氧化时间延长，氧化不均匀。因此，取陕西科技大学学报（化学版），2004，56（2）：91-106。[J]．，1998，44（7）：． [7] 范春晖，马洪瑞，李华. 沸石合成机理的 XRD 和 FTIR 光谱分析 [J]. 光谱学与光谱分析，2012，32(2) ： 143–151。

2003, 50(8): 1095-1105。 118—1122。 [14] 胡伟松，赵春生. 可变电荷土壤和矿物对Ph和Cu的吸附动力学 [8] 范春晖，马洪瑞，华莉，等. 沸石合成特性的FTIR和XPS分析：VI.搅拌转速和水土比对吸附动力学的影响及Cr(11I)去除机理的光谱表征[J]. 光谱学与光谱分析，2012，32(2): 。 [15] 杨爽，吴志超. 水质和搅拌速率对天然沸石铵离子交换平衡的影响[J]. 水处理技术，2005，31(9): 29—32。 [c]／／In[16]安英，吴志超. 杨爽，等. —[1O]郭平生,韩光泽,张妮,等.超声场强化解吸速率机理及场协同分析[J].高校化学工程学报,2006,20(2):27-32,2011.305.(1):39-58.[11]．离子交换与吸附，2004，21（2）：103-111。sby ion-[J].（上接第7页）2.5产品表征所得产品各指标表征与国标对比如表1表1产品各指标表征2.6产品除镍效果研究本产品。且此方法具有反应速率快、无二次污染、制备简单、投资少、保质期长等特点，适合中小企业使用。镍含量约为336.3mg/l。取一定量水样，调节其pH值，用于处理自产废水。并用本产品处理含镍废水至9.3，加入适量本产品，静置4小时，取上层清液，抽干水。结果表明，镍去除率可达99.8%，絮凝后的废水用原子吸收光谱仪测定，通过标准曲线得出含镍水中镍含量符合-2008排放要求，其中镍含量为0.48mg/l，镍去除率高达99.8%。另外可以得出该产品在pH值为8～12范围内对镍均有良好的絮凝效果。三个月后，再次使用该产品处理含镍废水，结果表明镍去除率仍高达98%，表明[1]潘璐婷，吴金锋。聚合硫酸铁制备技术研究及进展[J]。