CN102951713A

CN102951713A - 一种聚合硫酸铁水处理药剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102951713A
Application number: CN2012104341326A
Authority: CN
Inventors: 汪晓军; 詹德明; 林旭龙; 崔家琪
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2013-03-06

Abstract

本发明公开了一种聚合硫酸铁水处理药剂及其制备方法，包括如下步骤：（1）配置硫酸亚铁的酸性水溶液：控制七水硫酸亚铁和硫酸的物质的量比在1:（0.44~0.45）范围内，配置成水溶液，其中硫酸亚铁的质量占总溶液质量的10~20%；（2）向上述水溶液中通入含臭氧气体，至少反应0.5h，三价铁离子在经过水解、聚合后，即得到聚合硫酸铁水处理药剂。本发明以臭氧作为氧化剂，无需投加额外催化剂，整个反应不需要对溶液进行加热，常压下即可进行，反应快，生产效率高。在获得高附加值产品同时，该生产工艺利用并去除了气体中的臭氧，不会生成其他对人体或设备有害的杂质或副产物，更加环保。

Description

一种聚合硫酸铁水处理药剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种生产聚合硫酸铁的方法，具体涉及采用价格低廉的亚铁盐溶液与臭氧反应，生产附加值更高的聚合铁盐水处理药剂。

背景技术

聚合硫酸铁是一种优质、高效的无机铁盐高分子絮凝剂，具有脱色、除臭、除浊、除油、脱水、去除COD等功能，兼具混凝性能优良、矾花密实、沉降性能好等优点，在工业废水和饮用水给水处理中得到广泛应用。

目前聚合硫酸铁的生产方法主要分为两大类，催化氧化法和直接氧化法。

a.催化氧化法是在硝酸钠、硝酸等催化剂的作用下，利用氧气将亚铁离子氧化成铁离子，铁离子在发生水解和聚合反应后得到聚合硫酸铁。

使用催化氧化法进行聚合硫酸铁的生产，在操作过程中需要控制硫酸的投加量、催化剂的投加量、空气（氧气）投加量、反应温度以及反应时间，操作步骤繁琐，且对生产过程的安全要求较高。

此外，该方法生产周期较长、单位时间产量低，生产过程中外泄的氮氧化物对人体和周围环境污染较大，成品中混杂的亚硝酸钠限制了药剂在饮用给水方面的应用。

b.直接氧化法是利用次氯酸钠、双氧水等药剂的强氧化性，直接将亚铁离子氧化成铁离子，铁离子在发生水解和聚合反应后得到聚合硫酸铁。

直接氧化法中常用到的氧化剂氯酸钠和次氯酸钠在反应过程中带进产品的氯离子，会对不锈钢罐体、管道产生腐蚀，因而在生产时需要特别注意成品的贮存和运输设施的材质。

氧化剂如氯酸钠和双氧水的市场价格为5000元/吨、1500元/m³，药剂的使用成本也较高。

发明内容

本发明的目的在于选用廉价的化学药剂亚铁盐水溶液和臭氧发生氧化还原反应，提供一种更简单、安全、可靠的聚合硫酸铁生产工艺，克服现有生产工艺的缺点，提高经济效益，最终达到经济与环保的双重目的。

为了达到发明目的，本发明所使用的还原性亚铁盐药剂为硫酸亚铁，即配置硫酸亚铁溶液作为生产原液。在经过臭氧氧化后，亚铁离子变成三价铁离子，再经水解和聚合后得到聚合硫酸铁，可以作为水处理剂，其经济附加值得到提高。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种聚合硫酸铁水处理药剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）配置硫酸亚铁的酸性水溶液：控制七水硫酸亚铁和硫酸的物质的量比在1:（0.44~0.45）范围内，配置成水溶液，其中硫酸亚铁的质量占总溶液质量的10~20%；

（2）向上述水溶液中通入含臭氧气体，至少反应0.5h，三价铁离子在经过水解、聚合后，即得到聚合硫酸铁水处理药剂。

优选地，步骤（2）所述反应时间为1~1.5h。

优选地，步骤（2）所述反应在常压下进行，且溶液无需加热。

反应方程式为：

2FeSO₄+H₂SO₄+O₃→Fe₂(SO₄)₃+H₂O+O₂

Fe₂(SO₄)₃+nH₂O→Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2+0.5nH₂SO₄

m[Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2]→[Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2]_m

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明可以采用臭氧机产生的臭氧气体与硫酸亚铁溶液混合、反应；通过连续投加或间隙投加硫酸亚铁溶液的方式，连续地，或间隙地排出含有聚合铁盐水溶液的产品，同时维持生产装置对臭氧的吸收能力；被吸收臭氧后的尾气，达到排放标准后，直接外排；生产过程中只需要控制含臭氧气体的输入和排出以及硫酸亚铁溶液的输入和聚合硫酸铁产品的排出，操作简便、生产安全。

2.臭氧作为氧化剂，无需投加额外催化剂，反应时不会生成其他对人体或设备有害的杂质或副产物。

3.整个反应不需要对溶液进行加热，常压下即可进行，反应0.5h时亚铁离子转化率可达50%以上，反应快，生产效率高。

4.臭氧利用率可达99.99%，在获得高附加值产品同时，该生产工艺利用并去除了气体中的臭氧，保护生产环境中的人员和设备安全。

5.获得经济效益的同时，也保护环境。

附图说明

图1为铁离子浓度标准曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

铁离子浓度的检测方法采用磺基水杨酸法测定：

1.Fe标准溶液

溶解0.437g[FeNH₄(SO₄)₂.12H₂O]于10mL HCl（体积比1：1）液中，移入500mL容量瓶中，用水稀释到刻度，此液Fe³⁺含量为100μg/mL，将此液稀释5倍后，Fe³⁺标准液浓度为20μg/mL。

2.试剂

磺基水杨酸：20%质量分数的水溶液

1：1盐酸溶液

3.绘制标准曲线

取0、5、10、20、50mL于100mL容量瓶中，加水稀至约50mL，加20%的磺基水杨酸10mL，再加入1：1盐酸溶液0.5ml，用水稀至刻度，室温放置10min后，于520nm处比色。标准曲线见附图1说明。

4.样品测定

取水样于100mL容量瓶中，稀释至约50ml，加20%磺基水杨酸10mL，再加入1：1盐酸溶液0.5ml，用水稀至刻度，室温放置10min后，于520nm处比色测定。由曲线中查出的样品中铁的量。

实施例1

聚合硫酸铁水处理药剂的制备步骤：

（1）配置1m³亚铁盐的酸性水溶液，控制硫酸亚铁和硫酸的物质的量比为1:0.45，配置硫酸亚铁质量分数为20%的亚铁盐水溶液（使用七水硫酸亚铁457.2kg，93%硫酸78.0kg）。

（2）将配置好的亚铁盐水溶液泵入反应罐中。

（3）通入含臭氧气体，使臭氧和亚铁在反应罐中反应。臭氧气体来自于臭氧机，通气量为600Nm³/h，臭氧浓度为90g/m³。

（4）在反应0.5h和1h后，分别取样分析，当样品特性符合生产指标时，停止通气，将产品引出，结束一轮反应。

在反应0.5h后，71%的亚铁离子转化为三价铁离子；1h后，亚铁离子全部转化为三价铁离子。溶液吸收臭氧气体后，尾气中臭氧的浓度为0.1mg/m³。

实施例2

本实施与实施例1的不同之处在于：

采用质量分数为15%的硫酸亚铁溶液作为臭氧的吸收液，通气量为600Nm³/h，臭氧浓度为80g/m³。反应1h后，亚铁离子全部转化为三价铁离子。溶液吸收臭氧气体后，尾气中臭氧的浓度为0.2mg/m³。

实施例3

本实施与实施例1的不同之处在于：

采用质量分数为10%的硫酸亚铁溶液作为臭氧的吸收液，通气量为500Nm³/h，臭氧浓度为60g/m³。反应1h后，亚铁离子全部转化为三价铁离子。溶液吸收臭氧气体后，尾气中臭氧的浓度为0.2mg/m³。

将实施例1制得的聚合硫酸铁与市售产品进行水处理性能比较。

各取10g样品溶解在100ml水中，制成聚铁溶液。将溶液投加入V=250mL，pH=5，COD为710mg/L，色度为3000倍的垃圾渗滤液中，聚铁在渗滤液中的投加浓度为900mg/L。以200r/min搅拌3min，60r/min搅拌10min，之后静置30min，取上清液测COD和色度。该实施例制得的聚合硫酸铁与市售产品对COD和色度的去除率分别是52.8%和53.1%、75.3%和83.3%。

对实施例1制得的聚合硫酸铁进行产品特性分析，制得产品的特性符合国家标准要求，结果见下表。

Claims

1.一种聚合硫酸铁水处理药剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述反应时间为1~1.5h。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述反应在常压下进行，且溶液无需加热。

4.根据权利要求1或2或3所述方法制备的聚合硫酸铁水处理药剂。