固體聚合硫酸鐵的制備及性能的研究

1、普通本科畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 課題名稱：固體聚合硫酸鐵的制備及性能研究摘 要本文研究了用硫酸亞鐵和過氧化氫、濃硫酸為原料采用直接氧化的方法來制備固體聚合硫酸鐵(SPFS)。通過單因素試驗與正交試驗考查了制備反應(yīng)過程中反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、過氧化氫用量和濃硫酸用量等因素對制備固體聚合硫酸鐵（SPFS）的影響，并以絮凝實驗除濁率為指標確定了最佳反應(yīng)條件：反應(yīng)時間3 h、反應(yīng)溫度50 、過氧化氫用量8mL、濃硫酸用量3mL，在此條件下得到的合成產(chǎn)品的除濁率為90%。對合成產(chǎn)品SPFS的性能指標做了測試：濃度為1%的SPFS溶液對環(huán)境水樣的COD去除率達31.58%；測定該產(chǎn)品Fe含量為18 .7%；

2、水溶液pH值為2.21；均符合產(chǎn)品性能指標。關(guān)鍵詞：聚合硫酸鐵（SPFS）；制備；絮凝I固體聚合硫酸鐵的制備及性能研究AbstractThe preparation and process optimization of polymeric ferric sulfate (SPFS) as an inorganic polymer flocculant was studied in this paper. Synthesis materials include ferrous sulfate, hydrogen peroxide and concentrated sulfuric acid b

3、y an oxidized method directly. The law of effect in use level of hydrogen peroxide and concentrated sulfuric acid，reaction temperature，reaction time was studied by single factor test and orthogonal experiment. The laboratory production has the turbidity removal rate of 90% in the optimal prepared co

4、nditions as follows: the volume ratio of hydrogen peroxide and concentrated sulfuric acid was 8:3, and the reaction temperature was 50 within an reaction time of three hours.The performance of the prepared SPFS production were tested in this paperThe removal rate of COD in environmental water sample

5、 was 31.58%, and the content of iron element was 18.7%, the pH value was 2.21 in its aqueous solution of the tested SPFS. The results showed that prepared polymeric ferric sulfate had good effect of flocculationKeywords ：solid polymerization ferric sulfate(SPFS)；preparation；flocculation1II固體聚合硫酸鐵的制備

6、及性能研究目 錄摘要 . 錯誤！未定義書簽。 Abstract . 錯誤！未定義書簽。 目錄.錯誤！未定義書簽。1.前 言 . 11.1 高效無機凈水劑的研究意義 . 11.2 高效無機凈水劑的特點與現(xiàn)狀 . 11.2.1高效無機凈水劑的特點 . 11.2.2高效無機凈水劑的現(xiàn)狀 . 11.3 聚合硫酸鐵的特點及應(yīng)用現(xiàn)狀 . 31.3.1聚合硫酸鐵的特點 . 31.3.2聚合硫酸鐵的現(xiàn)狀 . 31.4 高效凈水劑聚合硫酸鐵的主要制備方法 . 41.4.1雙氧水氧化法 . 41.4.2氯酸鉀(鈉)氧化法 . 41.4.3次氯酸鈉氧化法 . 41.4.4硝酸氧化法 . 51.4.5催化氧化法 .

7、51.5 課題選題目的和意義 . 51.6 課題研究的主要內(nèi)容 . 51.7 本研究創(chuàng)新點 . 62. 實驗材料與方法 . 72.1 固體聚合硫酸鐵的制備原理 . 72.2 材料與方法 . 72.2.1儀器與藥品 . 72.2.2.實驗方法 . 82.2.3測定方法 . 103.1 合成反應(yīng)條件的單因素試驗 . 143.1.1合成反應(yīng)時間 . 143.1.2合成反應(yīng)溫度 . 153.1.3過氧化氫用量 . 163.1.4硫酸用量 . 173.2 合成反應(yīng)條件的正交試驗 . 183.3 合成產(chǎn)品成分測定與分析 . 20 1III固體聚合硫酸鐵的制備及性能研究3.4 SPFS，SPAFC，SPAF

8、S實驗產(chǎn)品性能對比 . 204. 結(jié)論與展望 . 214.1 結(jié)論 . 214.2 展望 . 21致 謝 . 22參考文獻 . 231IV1.前 言1.1 高效無機凈水劑的研究意義水是人類生活著必不可缺的重要自然資源，隨著人類工業(yè)的高速發(fā)展與人口的快速增長，人類對水資源的需求也隨之擴大，而作為世界第一人口大國，我國在世界上則是一個水資源貧乏的國家，我國的人均水資源的所有量僅為世界人均水資源所有量的25%。我國水資源奇缺的同時，水污染情況也十分嚴重，而且還有日益加重的趨勢。據(jù)國家調(diào)查顯示，我國的七大水系中有超過60%的水資源處于重度污染狀態(tài)，而近80%的水資源水質(zhì)超標?？偟膩碚f，我國的水體污染在

9、日益加重，使得本來就是缺水的中國遭受著嚴重的水資源危機，加強污水治理，解決水資源短缺的問題實在是刻不容緩，保護稀缺的水資源我們的生活污水和工業(yè)廢水都應(yīng)經(jīng)過環(huán)保處理，達到排放要求之后才能排放到環(huán)境中。在生活污水和工業(yè)廢水處理的過程中，高效的凈水劑在水處理過程中起著核心作用，所以積極開展對高效凈水劑的研究。開發(fā)出原料來源廣、生產(chǎn)工藝簡便、安全、低價、高效的凈水劑對于提高凈水效果、降低水處理成本、確保水資源的重復(fù)利用。這可以很好的解決我國環(huán)境水資源污染的問題和使我國的環(huán)境水資源得更好的保護和利用，所以高效的無機凈水劑一直都是科學(xué)家們重要的研究課題。1.2 高效無機凈水劑的特點與現(xiàn)狀1.2.1高效無機

10、凈水劑的特點新型的高效無機凈水劑與傳統(tǒng)的凈水劑相比較，新型高效的無機凈水劑具有更寬的處理范圍，更高的污水去除率以及更好的更出色的凈化處理效果等特點。所以其在城市生活污水，工業(yè)生產(chǎn)給水，生產(chǎn)廢水處理等方面得到了廣泛使用。新型的高效無機凈水劑能應(yīng)用于與一切的原水凈化處理過程，特別是在微污染，低溫，低堿度，低濁度的水質(zhì)中，高效無機凈水劑的除濁率高達90%。COD的去除率可高達60%。尤其是采用聚合鋁的高效無機凈水劑與有機高分子絮凝劑聚丙烯酰胺搭配使用，不僅能夠大大的提其的高處理效果且能有效的降低其的使用成本。1.2.2高效無機凈水劑的現(xiàn)狀目前世界上的高效無機凈水劑主要可以分為5種，分別是屬于陽離子型

11、的聚合氯化鋁（PAG），聚合硫酸鋁（PAS），聚合硫酸鐵（PFS），聚合氯化鐵（PFC）以及陰離子型的聚合硅酸(AS），此外還有一些復(fù)合而成的高分子聚合品種其中包括有：鋁鎂復(fù)合劑，鐵鋁復(fù)合劑以及聚磷氯化鋁等1。11.2.2.1聚合氯化鋁（PAC）聚合氯化鋁是一種無機高分子凈水劑，又可稱為堿式氯化鋁Al(OH)mCl3-mn，或稱為聚鋁，英文縮寫為PAC，由于氫氧根離子的架橋作用和多價陰離子的聚合作用而形成的無機高分子凈水劑。從形態(tài)上聚合氯化鋁（PAC）可分為固體和液體兩種。固體聚合氯化鋁（PAC）的顏色主要有棕褐色、米黃色、金黃色和白色，液體聚合氯化鋁的顏色主要呈無色透明、淺黃色至黃褐色。它是

12、主要針對于硫酸鋁（AS）存在的凈水效率不高，以及在凈水的過程中，有較高的鋁離子殘留量在水中，而鋁離子具有的生物毒性的缺陷，于二十世紀六十年代開發(fā)出來的產(chǎn)品。聚合氯化鋁（PAC）產(chǎn)品廣泛用于飲用水、工業(yè)用水和污水處理領(lǐng)域。但聚合氯化鋁（PAC）的生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，PAC中存在對生產(chǎn)，運輸?shù)仍O(shè)備有很強的腐蝕能力Cl-離子，這些因素降低了聚合氯化鋁（PAC）在凈水市場上的競爭力2。1.2.2.2聚合硫酸鋁（PAS）聚合硫酸鋁Al2(OH)m(SO4)3-m/2n是二十世紀八十年代開發(fā)的產(chǎn)品，它很好的克服了聚合氯化鋁（PAC）的腐蝕問題，聚合氯化鋁（PAC）穩(wěn)定性性是它最大的缺陷。因為新合

13、成的聚合氯化鋁（PAC）短時間內(nèi)會發(fā)生水解生成(OH)-，沉淀而失去凈水作用人們在提高聚合硫酸鋁（PAS）穩(wěn)定性方面做了許多努力， 例如在產(chǎn)品中加入機酸或CO32+、Cl-、等離子，可以很好的提高聚合硫酸鋁（PAS）的穩(wěn)定性，但盡管如此，因為穩(wěn)定的貯存期是由商業(yè)所決定的，要在市場上要具有較強的競爭力，聚合硫酸鋁（PAS）在穩(wěn)定性的技術(shù)上還需要進行進一步的開發(fā)研究3。1.2.2.3聚合硫酸鐵（PFS）聚合硫酸鐵（PFS）是二十世紀七十年代日本的企業(yè)最先成功研制出的產(chǎn)品，我國也于二十世紀八十年代也相繼發(fā)表了數(shù)十多項聚合硫酸鐵（PFS）的合成專利和研究成果，從而推動了我國的聚合硫酸鐵（PFS）的生產(chǎn)與發(fā)展應(yīng)用。聚合硫酸鐵（PFS）的優(yōu)勢是在于其具有水解速度快，同時對工業(yè)廢水具有很好的脫色，重金屬去除效果，而且對水體pH值的適用范圍廣可達( pH= 4.0-11.0 )4。但由于我國的水資源污染日趨嚴重，在水中的有機物含量增加，從而使