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聚合硫酸鐵是一種新型高效無機(jī)高分子混凝劑，該混凝劑具有水解速度快、凝聚力強(qiáng)、生成礬花密度大、出水水質(zhì)好、適應(yīng)pH范圍廣、生成污泥體積小且易于脫水等特點(diǎn)。聚合硫酸鐵對水中懸浮物、有機(jī)物、硫化物和重金屬離子都有很強(qiáng)的去除能力，在去除水中有機(jī)物、色度和膠體硅等方面與目前常用的混凝劑相比具有一定的優(yōu)越性，在低溫低濁時(shí)也具有較好的使用性能。因此，聚合硫酸鐵可廣泛應(yīng)用于工業(yè)用水、工業(yè)廢水、生活飲用水的混凝處理。是一種適用范圍廣、處理效果好、大有開發(fā)前景的新型凈水劑。

聚合硫酸鐵有固態(tài)和液態(tài)兩種形態(tài)，目前，液態(tài)聚合硫酸鐵生產(chǎn)方法比較多，但主要是通過FeS04在酸性溶液中氧化、聚合而成．通?？煞譃?種方式：第1種方式為直接氧化法，即采用強(qiáng)氧化劑（如H2O2、NaClO、KC103等）直接將FeS04氧化成Fe2(S04)3，并經(jīng)水解、聚合得到聚合硫酸鐵;第2種方式為催化氧化法，在催化劑作用下，利用空氣或氧氣氧化FeS04，使之變?yōu)镕e2(S04)3，較后得到聚合硫酸鐵。第1種方式除實(shí)驗(yàn)室及少數(shù)廠家外，基本不用，原因在于氧化劑用量大，價(jià)格昂貴．目前，絕大部分液體聚合硫酸鐵生產(chǎn)廠家采用第2種方式，所用催化劑較廣泛的是NaNO2，由于NaN02的毒性，使其產(chǎn)品具有較大的局限性，不能應(yīng)用于飲用水處理，同時(shí)，用NaN02作催化劑時(shí)，反應(yīng)時(shí)間太長，一般為10-17h，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)．

因此,目前聚合硫酸鐵生產(chǎn)中的實(shí)際問題一是研究新型催化劑，要求用量少，效益高，縮短聚合硫酸鐵生產(chǎn)時(shí)間；二是液體聚合硫酸鐵固化技術(shù)，以便能生產(chǎn)出固體聚合硫酸鐵，便于運(yùn)輸．本項(xiàng)研究主要針對前一問題而進(jìn)行。

1聚合硫酸鐵生產(chǎn)工藝介紹

FeSO₄在催化劑的作用下，被氧氣（或空氣）氧化為Fe2(S04)3，而后經(jīng)水解，聚合反應(yīng)得到液體聚合硫酸鐵，其反應(yīng)方程如下：

2FeSO₄+H2SO₄+0.5O₂=Fe2(SO₄)₃+H20(1)

Fe₂(SO4)₃+nH₂O=Fe₂(OH)n(5O₄)₃-0.5n+0.5nH₂SO₄(2)

m[Fe₂(OH)n(SO₄）3-0.5_n]=[Fe2(OH)n(SO₄）3-0.5n]m(3)

上述3個(gè)反應(yīng)同時(shí)存在于一個(gè)體系中，它們互相影響、互相促進(jìn)．由于Fe2(S04）3水解、聚合的結(jié)果，促進(jìn)FeS04不斷氧化為Fe2(S04)3，從而使反應(yīng)完全。

實(shí)際生產(chǎn)中，按比例加入FeS04、H2O、H2S04、催化劑，鼓入空氣或純02，加熱并保持一定的溫度，通過分析溶液中Fe2+含量，以確定反應(yīng)進(jìn)行的程度；當(dāng)Fe2+含量降為O時(shí)，表示反應(yīng)已經(jīng)完成，得到紅棕色透明液體，即液體聚合硫酸鐵。

2聚合硫酸鐵合成新工藝研究

合成聚合硫酸鐵的3個(gè)主要反應(yīng)中，反應(yīng)（1)較慢，起控制作用，因此，尋找效率高的催化劑即是本項(xiàng)研究中的核心問題．

2.1催化劑篩選試驗(yàn)

試驗(yàn)中氧化劑為空氣，主要藥品為FeS04．7H2O(化學(xué)純)及H2S04(98%)（分析純）等，試驗(yàn)中固定硫酸根與總鐵的摩爾比為1.30(即控制Mso4/MFe=l.30)，控制溫度85-90℃，選擇6種催化劑，3種助催化劑進(jìn)行正交試驗(yàn)，根據(jù)聚合硫酸鐵合成反應(yīng)時(shí)間，即體系中Fe2+=0的時(shí)間作為評價(jià)主要依據(jù)．

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)催化劑A（一種具有氧化性的鹽）、與助催化劑E（鹵素的金屬化合物）配合使用時(shí)，可使聚合硫酸鐵合成時(shí)間降到4h左右，比采用NaN02時(shí)縮短反應(yīng)時(shí)間6-13h。

2.2催化劑加入量試驗(yàn)

確定催化劑A與助催化劑E后，需要進(jìn)行催化劑加入量試驗(yàn)，以確定添加多少催化劑才能獲得較快的反應(yīng)結(jié)果，同時(shí)，也是催化劑實(shí)用性能的考驗(yàn)，如果加入量太大，缺乏經(jīng)濟(jì)競爭力，效率高也會(huì)被淘汰．

本次試驗(yàn)中按0。5%、1．O%、2。0%、2.5%、3.0%、3.5%順序加入催化劑A，結(jié)果發(fā)現(xiàn)加入量在2.0%-2.5%時(shí)獲得滿意反應(yīng)效果，繼續(xù)增加用量反應(yīng)時(shí)間變化不大，

確定催化劑A后，再確定催化劑E用量，結(jié)果表明，當(dāng)E用量≥0.05%時(shí)，即達(dá)到滿意反應(yīng)結(jié)果，因此助催化劑用量確定為0.05%。

2.3反應(yīng)溫度確定

試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：溫度小于50℃時(shí)，反應(yīng)緩慢，隨著溫度升高，反應(yīng)運(yùn)漸加快，當(dāng)溫度高丁90℃時(shí)，加入的FeS04.7H20會(huì)形成白色粉末狀難溶物(由于FeS04.7H2O脫水之故），使反應(yīng)難以進(jìn)行，因此，試驗(yàn)確定，較后反應(yīng)溫度85～90℃．

2.4投料比

為了形成堿式Fe2(0H）n(S04)3~o．5n，必需使S04/Fe<1.5，經(jīng)過多次試驗(yàn)，確定Mso4/MFe為l．25～1.35，較佳值為1.30-1.32。

2.5反應(yīng)時(shí)間確定

按照上述試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過多次重復(fù)試驗(yàn)，其聚合硫酸鐵合成反應(yīng)時(shí)問為3.5～4.5h。

3產(chǎn)品性能試驗(yàn)

3.1質(zhì)量測定

表1給出了試驗(yàn)合成產(chǎn)品實(shí)測值與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)比較結(jié)果。

由表l可知，合成產(chǎn)品性能滿足要求．

3.2凈水性能試驗(yàn)

與堿式氯化鋁（PAC)比較，進(jìn)行原水與污水混凝試驗(yàn)，結(jié)果表明：在加入同樣藥量情況下，澄清時(shí)間聚合硫酸鐵比PAC短，聚合硫酸鐵中形成礬花重，下沉快。

4結(jié)論

1)確定了聚合硫酸鐵合成新工藝所用催化劑為A，助催化劑為E。

2)確定了催化劑A加入量為2.0%-2.5%，助催化劑E加入為0.05%。

3)確定了合成條件：投料比Mso4/MFe=1.30～1.32;溫度為85-90℃，反應(yīng)時(shí)間4h左右．

4)試驗(yàn)獲得的產(chǎn)品性能符合國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。