聚合硫酸铁的制备与应用

摘要：目前，我国正面临着严峻的水环境问题，而最主要的水环境问题是水体的污染。要做好水处理工作，选择合适的混凝剂是净水技术中的首要环节。本实验采用催化氧化法，在酸性条件下，以七水合硫酸亚铁为原料，用NaNO2作为催化剂，以氧气作为氧化剂的方法，制备净水剂聚合硫酸铁，考察了反应时间，反应温度和浓硫酸投加量对制备聚合硫酸铁的影响，并研究了此法所制备的聚合硫酸铁用于市政污水的处理效果。
关键词：聚合硫酸铁；催化氧化法；污水处理
中图分类号：R123.3 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0195-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.106
Abstract： At present， our country is facing the severe water environment problems， most of the water environment problem is the pollution of water. Choosing appropriate coagulants is the most important water purification technology link to make the water processing. In this experiment， we used seven hydration ferrous sulfate as raw materials， NaNO2 as catalyst， oxygen as oxidant to preparation poly ferric sulphate in a catalytic oxidation way and in acid conditions， and investigated the reaction time， reaction temperature and the concentrated sulfuric acid dosing quantity on the preparation of the influence of poly ferric sulphate， and we studied the effect to treat municipal sewage using the poly ferric sulphate we made.
Keywords： poly ferric sulphate； catalytic oxidation； sewage treatment
聚合硫酸铁（PFS）是20世纪80年代出现的一种新型无机高分子絮凝剂，具有水解速度快、絮凝体密度大、适用pH范围宽（4～10）等特点，具有很强的中和悬浮颗粒上电荷的能力，有很大的比表面积和很强的吸附能力，能很好地去除水中悬浮物、有机物、硫化物、重金属离子等杂质，具有脱色、除臭、破乳化及污泥脱水等功能，因而被广泛应用于矿山、印染、造纸等工业废水处理[1]。相比传统的铝系絮凝剂而言，PFS在反应过程中无离子水相转移和残留积累，使用更方便、价格更便宜、用量更省。
1 实验部分
1.1 反应温度的影响
以9g的FeSO4·7H2O为原料，以蒸馏水溶解后投入三口烧瓶中，再加0.8mL的98%的H2SO4，反应4h，以反应温度为变量，进行了5次实验，水浴温度分别为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃。实验结果如表1。
由表1知，反应温度在50～60℃时，随着温度的升高，转化率逐渐增大；60～65℃时，转化率较大，在99%以上；而到70℃时，转化率又明显下降。这是因为，温度较高时，可加快二价铁盐的氧化速率，但温度越高，NO和NO2在溶液中的溶解度就越小，气相中NO和NO2的浓度就越大，还来不及参与接下来的反应便溢出反应体系，从而抑制降低的转化率。所以在温度低于60℃时，升温可加快氧化速率是主导因素；而在65℃以上温度时，NO和NO2在溶液中的溶解度减小又成为主导因素。反应的适宜温度为60～65℃。
1.2 浓硫酸用量的影响
以9g的FeSO4·7H2O为原料，以蒸馏水溶解后投入三口烧瓶中，水浴温度60℃，每10min投加0.2mL的10%NaNO2，以投加的浓硫酸为变量，分别加入98%的H2SO4量为0.5mL、0.6mL、0.7mL、0.8mL、0.9mL、1.0mL。实验结果如表2。
由表2知，浓硫酸用量0.5～0.9mL时，转化率都很高，但浓硫酸用量过大，会使成本增加，且得到的聚合硫酸铁盐基度较大，导致其不稳定性增大，溶液中Fe3+水解产生氢氧化铁沉淀。所以适宜的浓硫酸用量为0.8mL，此时FeSO4·7H2O与浓硫酸摩尔比为1：0.453。
1.3 聚合硫酸铁处理市政污水的实验分析
聚合硫酸铁投加量的变化对COD去除率影响如表3。
由表3知，随着铁离子投加量的增加，COD去除率逐渐增大，但从54.03%～61.30%增幅不是很明显，从成本考虑，投加0.75mL/L自制聚合硫酸铁较为合适。
2 结论
本实验对聚合硫酸铁制备的影响因素进行了探究，研究了反应时间、反应温度、浓硫酸用量对制备聚合硫酸铁的影响[2]。并将最佳条件下合成的聚合硫酸铁应用于高岭土模拟废水及市政污水来研究自制聚合硫酸鐵的水处理效果。得出以下实验结论：
第一，合成聚合硫酸铁的最佳实验条件为：反应时间为4h，反应温度为55℃，硫酸亚铁与浓硫酸投加摩尔比为1：0.45～1：0.50。
第二，最佳实验条件下合成的聚合硫酸铁产品性能如下：密度≥1.10g/cm3，还原性物质（以Fe2+计）的质量分数≤0.1%，全铁的质量分数≥3.0%，1%水溶液的pH值2～3，盐基度8%～16%。
第三，将最佳条件下合成的聚合硫酸铁产品用于市政污水处理时，最佳投加量为0.75 mL/L，COD去除率达到54%。
参考文献
[1]陈满红，池毓务.聚合硫酸铁的制备工艺改进[J].科技风，2011，（03）：229+231.
[2]唐剑，邱运仁.聚合硫酸铁的制备及改性研究进展[J].化学工程师，2009，（02）：34-37.
收稿日期：2017-05-13
作者简介：刘爽（1988-），女，本科，助理工程师，研究方向为环境工程。