聚合硫酸鐵的制備與應用

摘要：目前，我國正面臨著嚴峻的水環境問題，而最主要的水環境問題是水體的污染。要做好水處理工作，選擇合適的混凝劑是凈水技術中的首要環節。本實驗采用催化氧化法，在酸性條件下，以七水合硫酸亞鐵為原料，用NaNO2作為催化劑，以氧氣作為氧化劑的方法，制備凈水劑聚合硫酸鐵，考察了反應時間，反應溫度和濃硫酸投加量對制備聚合硫酸鐵的影響，并研究了此法所制備的聚合硫酸鐵用于市政污水的處理效果。

關鍵詞：聚合硫酸鐵；催化氧化法；污水處理

中圖分類號：R123.3 文獻標識碼：A 文章編號：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

聚合硫酸鐵（PFS）是20世紀80年代出現的一種新型無機高分子絮凝劑，具有水解速度快、絮凝體密度大、適用pH范圍寬（4～10）等特點，具有很強的中和懸浮顆粒上電荷的能力，有很大的比表面積和很強的吸附能力，能很好地去除水中懸浮物、有機物、硫化物、重金屬離子等雜質，具有脫色、除臭、破乳化及污泥脫水等功能，因而被廣泛應用于礦山、印染、造紙等工業廢水處理[1]。相比傳統的鋁系絮凝劑而言，PFS在反應過程中無離子水相轉移和殘留積累，使用更方便、價格更便宜、用量更省。

1 實驗部分

1.1 反應溫度的影響

以9g的FeSO4·7H2O為原料，以蒸餾水溶解后投入三口燒瓶中，再加0.8mL的98%的H2SO4，反應4h，以反應溫度為變量，進行了5次實驗，水浴溫度分別為50℃、55℃、60℃、65℃、70℃。實驗結果如表1。

由表1知，反應溫度在50～60℃時，隨著溫度的升高，轉化率逐漸增大；60～65℃時，轉化率較大，在99%以上；而到70℃時，轉化率又明顯下降。這是因為，溫度較高時，可加快二價鐵鹽的氧化速率，但溫度越高，NO和NO2在溶液中的溶解度就越小，氣相中NO和NO2的濃度就越大，還來不及參與接下來的反應便溢出反應體系，從而抑制降低的轉化率。所以在溫度低于60℃時，升溫可加快氧化速率是主導因素；而在65℃以上溫度時，NO和NO2在溶液中的溶解度減小又成為主導因素。反應的適宜溫度為60～65℃。

1.2 濃硫酸用量的影響

以9g的FeSO4·7H2O為原料，以蒸餾水溶解后投入三口燒瓶中，水浴溫度60℃，每10min投加0.2mL的10%NaNO2，以投加的濃硫酸為變量，分別加入98%的H2SO4量為0.5mL、0.6mL、0.7mL、0.8mL、0.9mL、1.0mL。實驗結果如表2。

由表2知，濃硫酸用量0.5～0.9mL時，轉化率都很高，但濃硫酸用量過大，會使成本增加，且得到的聚合硫酸鐵鹽基度較大，導致其不穩定性增大，溶液中Fe3+水解產生氫氧化鐵沉淀。所以適宜的濃硫酸用量為0.8mL，此時FeSO4·7H2O與濃硫酸摩爾比為1：0.453。

1.3 聚合硫酸鐵處理市政污水的實驗分析

聚合硫酸鐵投加量的變化對COD去除率影響如表3。

由表3知，隨著鐵離子投加量的增加，COD去除率逐漸增大，但從54.03%～61.30%增幅不是很明顯，從成本考慮，投加0.75mL/L自制聚合硫酸鐵較為合適。

2 結論

本實驗對聚合硫酸鐵制備的影響因素進行了探究，研究了反應時間、反應溫度、濃硫酸用量對制備聚合硫酸鐵的影響[2]。并將最佳條件下合成的聚合硫酸鐵應用于高嶺土模擬廢水及市政污水來研究自制聚合硫酸鐵的水處理效果。得出以下實驗結論：

第一，合成聚合硫酸鐵的最佳實驗條件為：反應時間為4h，反應溫度為55℃，硫酸亞鐵與濃硫酸投加摩爾比為1：0.45～1：0.50。

第二，最佳實驗條件下合成的聚合硫酸鐵產品性能如下：密度≥1.10g/cm3，還原性物質（以Fe2+計）的質量分數≤0.1%，全鐵的質量分數≥3.0%，1%水溶液的pH值2～3，鹽基度8%～16%。

第三，將最佳條件下合成的聚合硫酸鐵產品用于市政污水處理時，最佳投加量為0.75 mL/L，COD去除率達到54%。

參考文獻

[1]陳滿紅，池毓務.聚合硫酸鐵的制備工藝改進[J].科技風，2011，（03）：229+231.

[2]唐劍，邱運仁.聚合硫酸鐵的制備及改性研究進展[J].化學工程師，2009，（02）：34-37.

收稿日期：2017-05-13

作者簡介：劉爽（1988-），女，本科，助理工程師，研究方向為環境工程。