2022年聚合硫酸鐵

精選文檔精選文檔..精選文檔.液態(tài)硫酸聚鐵的制備工藝研究PREPAREOFPOLYMERIGATEDIRONSULFATEINLIQUID學生姓名：XXX學號：XXXXXX年級專業(yè)及班級：XXXXXXXX指導老師及職稱：XXXX學院：XXXXXXXX提交日期：2021年06月目錄精選文檔精選文檔..精選文檔.摘要: 1關鍵詞： 11前言 11.1聚合硫酸鐵的性質(zhì) 11.2聚合硫酸鐵的制備 21.3研究開發(fā)意義 62實驗局部 72.1實驗材料與儀器 72.1.1實驗藥品 72.1.2主要儀器設備 72.2實驗方法 72.2.1液態(tài)聚合硫酸鐵的制備 72.2.2PH值的測定 82.2.3鹽基度測定 82.2.4二價鐵含量的測定 82.2.5密度測定 83結果與討論 83.1工藝條件對鹽基度的影響 8精選文檔精選文檔..精選文檔.3.1.1聚合硫酸鐵制備原理 83.1.2物料比對聚合硫酸鐵鹽基度的影響 93.1.3溫度對聚合硫酸鐵鹽基度的影響 103.1.4酸度對聚合硫酸鐵鹽基度的影響 103.1.5氧化劑參加速度對聚合硫酸鐵鹽基度的影響 113.1.6氧化劑用量對聚合硫酸鐵鹽基度的影響 113.1.7聚合反響時間對聚合硫酸鐵鹽基度的影響 123.1.8聚合硫酸鐵經(jīng)過熟化后鹽基度的變化 133.1.9正交試驗 133.2.0正交試驗結果分析 144結論 15參考文獻 15致謝 16精選文檔精選文檔..精選文檔.精選文檔精選文檔..精選文檔.液態(tài)硫酸聚鐵的制備工藝研究學生：XXXXX指導老師：XXXXX〔XXXXXXXXXX〕摘要:聚合硫酸鐵是一種新型無機高分子絮凝劑，廣泛用于各種工業(yè)污水的混凝凈化處理。本文采用直接氧化法制備液態(tài)硫酸聚鐵，考察了氧化劑用量，氧化溫度，濃硫酸用量，氧化劑參加速度,反響時間和產(chǎn)品穩(wěn)定性等因素對聚合硫酸鐵合成的影響,并制備出產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,總鐵含量和鹽基度均符合行業(yè)標準和國家標準的產(chǎn)品。關鍵詞：聚合硫酸鐵；鹽基度；絮凝性能PrepareofPolymerigatedIronSulfateInLiquidStateStudent:XXXXXXXTutorXXXXX(XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX)Abstract:PFSisanewinorganicpolymerflocculant,widelyusedinvariousindustrialwastewaterbycoagulationtreatment.Liquidpolymericferricsulfatepreparedbydirectoxidationofthisarticle,inspectedtheamountofantioxidants,oxidationtemperature,amountofconcentratedsulfuricacid,antioxidantsjoinedthespeed,responsetimeandproductstabilityinfluencefactoronthesynthesisofpolymericferricsulfate,preparationandstabilityofproductquality,totalironcontentandbasicityproductsareinlinewithindustrystandardsandnationalstandards.Keywords:PFS;basicity;flocculationperformance1前言1.1聚合硫酸鐵的性質(zhì)鐵鹽和鋁鹽都是傳統(tǒng)無機鹽類絮凝劑,具有相似的水解,聚合行為。對鐵鹽水解過程的研究說明,鐵離子的穩(wěn)定溶膠也能通過加堿方式制備。日本三上八州家等研究開發(fā)了聚合硫酸鐵(PFS),于1974年申請了首個專利,20世紀80年代在水處理中得到廣泛應用,取得了良好的效果精選文檔精選文檔..精選文檔.[1]。PFS是在硫酸鐵分子族的網(wǎng)狀結構中插入羥基后形成的一種無機高分子絮凝劑,可有效去除水中的懸浮物、有機物、硫化物、亞硝酸鹽、膠體及金屬離子。PFS具有除臭、破乳及污泥脫水等功能,對浮游微生物也有較好的去除作用。PFS處理含油污水的效果遠比硫酸亞鐵顯著,且對金屬設備的腐蝕性較小,但產(chǎn)生的污泥量較多、出水帶色。聚合硫酸鐵(PFS)也稱堿式硫酸鐵或羥基硫酸鐵，其分子式一般可表示為[Fe2(OH)n(S04)3-n／2]m[2]。它是硫酸鐵在水解一絮凝過程中的一個中間產(chǎn)物。液體聚合硫酸鐵本身含有大量的聚合陽離子，如[Fe3(0H)4]5+、[Fe6(OH)12]6+、[Fe4(OH)4]6+,其在水溶液中存在著[Fe(H20)6]3+、[Fe2(H20)3]3+、[Fe(H20)2]3+等。聚合硫酸鐵作為一種新型無機高分子絮凝劑，聚合硫酸鐵同傳統(tǒng)的無機鹽類混凝劑相比，有以下優(yōu)點：(1)絮粒(絮凝體)形成速度快，顆粒密實，比重大，沉降速度快。(2)對于各種廢水中的CoD、BoD、色度及重金屬均有良好的去除效果。(3)絮粒(絮凝體)同微生物的結合能力強，因而對浮游生物等微生物有良好的去除效果。(4)在應用過程中,原水水溫及pH值適應范圍較廣。(5)能降低出水中亞硝氮及鐵的含量。因具有優(yōu)越的凈水性能倍受水處理界的青睞，已廣泛應用于各種工業(yè)廢水和城市污水處理。相比傳統(tǒng)的鋁系絮凝劑而言，PFS在反響過程中無離子水相轉(zhuǎn)移和殘留積累，使用更方便、價格更廉價、用量更省。但現(xiàn)在工業(yè)上催化氧化生產(chǎn)PFS,由于技術落后、設備簡陋,污染大。研究說明：優(yōu)化制備工藝條件,并且研究出一種本錢低廉的聚合硫酸鐵生產(chǎn)工藝有廣泛的應用前景[3]。1.2聚合硫酸鐵的制備 聚合硫酸鐵的制備主要有直接氧化法法和催化氧化法[4]。大多數(shù)PFS的制備采用直接氧化法，此法工藝路線較簡單，用于工業(yè)生產(chǎn)可以減少設備投資和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低設備本錢，但這種生產(chǎn)工藝必須依賴于氧化劑，如：H2O2、KClO3、HNO3等無機氧化劑。催化氧化法一般是選用一種催化劑，利用氧氣或空氣氧化制備聚合硫酸鐵。以下是制備聚合硫酸鐵的具體操作方法[5,6,7,8,9]:〔1〕雙氧水氧化法：雙氧水(H2O2)在酸性環(huán)境中是一種強氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價鐵從而制得聚合硫酸鐵:2FeSO4+H2O2+(1-n/2)H2SO4—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(2-n)H2O精選文檔精選文檔..精選文檔.制備過程中,按照生產(chǎn)量和所需要的鹽基度,在反響釜中參加硫酸亞鐵、水和硫酸混合,當溫度升高到30~45℃時,在攪拌過程中,通過加料管在釜底緩慢參加H2O2。H2O2很快將亞鐵氧化成三價鐵,取樣分析待亞鐵濃度降至規(guī)定濃度時,停止反響。利用本法生產(chǎn)聚合硫酸鐵,具有設備簡單、生產(chǎn)周期短、反響不用催化劑、產(chǎn)品不含雜質(zhì)、穩(wěn)定性高等特點。但反響過程中,有H2O2在分解時形成O2氣放出在無催化劑時,起不到氧化作用。要減少O2的產(chǎn)生,需要控制H2O2的投加速度制備工藝為間歇式操作,影響生產(chǎn)效率。H2O2本錢比較高,它增加了聚合硫酸鐵的生產(chǎn)本錢,不利于工業(yè)化生產(chǎn)?！?〕氯酸鉀(鈉)氧化法：氯酸鉀是廣泛應用于炸藥和火柴工業(yè)的強氧化劑,同樣可以將亞鐵氧化成三價鐵:6FeSO4+KClO3+3(1-n/2)H2SO4—→3Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+3(1-n)H2O+KCl制備時,將硫酸、硫酸亞鐵和水按比例參加反響釜中,在常溫或稍微高溫度下,攪拌中參加氯酸鉀。檢驗亞鐵離子減少到規(guī)定濃度即可結束。該法生產(chǎn)工藝簡單,設備投資少,產(chǎn)品穩(wěn)定性好,反響效率高,無空氣污染。產(chǎn)品中含有氯酸鹽,可兼作混凝與殺菌劑。但制品中殘留有較高的氯離子和氯酸根離子,不宜于飲用水處理。同時,由于氯酸鉀價格昂貴,產(chǎn)品本錢高?！?〕次氯酸鈉氧化法：次氯酸鈉屬于堿性氧化劑,其氧化復原電位較高,理論上能將亞鐵氧化成三價鐵:2NaClO+2H2SO4—→K2SO4+2H2O+Cl2生產(chǎn)的氯氣仍為氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價鐵。但氯氣會有少量以氣體形式逸出而浪費掉,不能充分利用。同時也會造成環(huán)境污染,曾加后處理工序。次氯酸鈉是堿性氧化劑,制備聚合硫酸鐵時,為了降低pH值,H2SO4的用量較高。用該法制備的聚合硫酸鐵穩(wěn)定性差,不宜長期保存?！?〕硝酸氧化法：硝酸為中強氧化劑,與亞鐵反響如下:FeSO4+HNO3—→Fe(OH)SO4+NO2反響生成的NO2又可以起到氧化作用,因而HNO3的氧化效率高。該法是以工業(yè)硫酸亞鐵為原料,采用工業(yè)硫酸氧化后以工業(yè)濃硝酸氧化。FeSO4:HNO3為1:(0.20~0.30):(0.10~0.32),參加水量小于以上三者總量的20%,于0.1~0.2MPa下，攪拌中通入充足的空氣或氧氣,于50~70℃氧化,102~103℃水解聚合而成。反映周期控制在30~60min以內(nèi)。精選文檔精選文檔..精選文檔.用HNO3氧化時,本錢比較低,反響周期短。所得產(chǎn)品濃度高,易于制成固體產(chǎn)品。假設選用工業(yè)一級品原料,所得產(chǎn)品可用于飲用水處理。但反響中生成的NO2,會造成環(huán)境污染,需增加專門吸收裝置予以處理。綜上所述,直接氧化法雖然工藝簡單,操作簡便,但存在氧化劑用量大,本錢高,氧化劑引入的離子需別離出去,反響中產(chǎn)生的有害氣體需專門設備吸收處理等問題,因而難于在工業(yè)化生產(chǎn)中普及和應用。但實驗研究中需要少量的聚合硫酸鐵時采用此類方法制備簡單易行。〔5〕催化氧化法:聚合硫酸鐵在工業(yè)生產(chǎn)中多采用催化氧化法。即以硫酸亞鐵及硫酸為原料,借助催化劑(NaNO2)的作用,利用氧化劑使硫酸亞鐵在酸性介質(zhì)中被氧化成三價鐵離子。然后用氫氧化鈉中和,調(diào)整堿化度進行水解,聚合反響制得聚合硫酸鐵。其制備原理如下:〔1〕催化氧化反響(慢反響):2FeSO4+(1/2)O2+H2SO4—→Fe2(SO4)3+H2O〔2〕水解反響(快反響):Fe2(SO4)3+H2O—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(n/2)H2SO4〔3〕聚合反響(快反響):m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]—→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m其中:n?2,m?f(n)2NO+O2—→2NO22FeSO4+H2SO4+NO2—→Fe2(SO4)3+NO+H2OFe2(SO4)3+nNaOH—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(n/2)Na2SO4m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]—→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m副反響:2NO2+HO2—→HNO2+NO此法簡單易行,但尚有缺乏之處。催化劑NaNO2是致癌物質(zhì),且生產(chǎn)過程中投加量大,產(chǎn)品中的亞硝酸根離子易超標,限制了其在飲用水處理中的應用;氮的氧化物排出,污染環(huán)境,后處理工序復雜;反響速率慢,要適應大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，需采用改進措施。為解決上述缺乏,不少研究者提出了許多有意義的改進方法，如加溫加壓,改善生產(chǎn)工藝,添加助催化劑，配以強力攪拌,尋找更為有效且無毒的催化劑等。采用催化法生產(chǎn)聚合硫酸鐵,雖然已進入了工業(yè)化的階段，但在改進工藝和設備,縮短反映時間,提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)本錢和能耗等方面，仍有待科研工作者去進一步研究解決。精選文檔精選文檔..精選文檔.(6〕氮氧化物催化氧化法:硫酸亞鐵和硫酸為原料、硝酸為氧化劑的合成法與以硫酸亞鐵、硫酸、氧氣為原料,硝酸為催化劑的合成法的反響機理是完全不同的[10]。前者是以液體硝酸為氧化劑,復原產(chǎn)物NO逸出溶液,不具有任何催化作用。這種方法的特點是硝酸用量大,Fe2+完全靠硝酸中的正五價氮氧化,屬于液液反響。后者是以硝酸為催化劑,其特點是在硫酸、硫酸亞鐵和水的混合液中參加少量的硝酸,復原產(chǎn)物NO再與O2反響,生成NO2,NO2再氧化Fe2+,如此循環(huán),直至Fe2+被完全氧化為止。該方法是一種氣液反響。最近,美國也有利用類似原理生產(chǎn)聚合硫酸鐵的專利[11],其生產(chǎn)過程是在70～150℃,一定的壓力、氮氧化物的催化作用下,用氧氣將Fe2+氧化成Fe3+。其生產(chǎn)過程是:將硫酸亞鐵和硫酸的混合液噴入反響器,并保持反響液占反響器總體積的1/3。溶液在噴射過程中,與氣相中的NO、NO2和O2反響,最后生成聚合硫酸鐵。經(jīng)測定,溶液中含有大量大分子絡合物。氧化反響生成的聚合硫酸鐵中含有NOx,需將其送至脫氮器,并向脫氮器中充入氧,使脫出NOx的混合氣體再循環(huán)到反響器使用。此法的原理與反響塔法制備聚合硫酸鐵的原理相同。它們的區(qū)別在于,前者是將液體噴射霧化,后者是利用填料的較大比外表積,加強氣體的吸收過程,提高反響速度。由于原料硫酸亞鐵在生產(chǎn)和運輸過程中往往混入雜質(zhì),這對聚合硫酸鐵的生產(chǎn)設備提出了更高的要求。在采用填料塔法生產(chǎn)時,原料不經(jīng)預處理可以直接用于生產(chǎn)。另外,采用填料塔法生產(chǎn),可以在較低的溫度和常壓下進行,具有平安方便的特點。氮氧化物在催化氧化過程中消耗很少,而且可以循環(huán)使用,這樣既不會造成浪費,也不會帶來污染問題。(7〕生物氧化法:生物氧化法是以硫鐵礦為原料，引入混合菌種作為料液，在室溫下通入空氣作氧化劑，參加適宜的營養(yǎng)物質(zhì),FeSO4在微生物作用下經(jīng)氧化、水解、聚合反響得到生物聚合硫酸鐵〔BPFS〕[12]。硫鐵礦主要成分是FeS2,先經(jīng)過自然氧化為FeSO4:2FeSO4+7O2+2H2O—→2FeSO4+2H2SO4亞鐵離子經(jīng)氧化亞鐵桿菌作用,生成三價鐵離子:2FeSO4+O2+H2SO4—→Fe2(SO4)3+H2O以后的FeS2靠Fe2(SO4)3氧化成三價鐵離子:Fe2(SO4)3+FeS2—→3FeSO4+2S精選文檔精選文檔..精選文檔.生產(chǎn)的硫磺經(jīng)氧化硫酸桿菌作用轉(zhuǎn)化為硫酸:氧化硫酸桿菌↓2S+H2O+O2—→H2SO4這種方法生產(chǎn)PFS,所采用的原料來源廣,生產(chǎn)設備簡單,本錢較低;無需高溫高壓和消毒催化劑,生產(chǎn)中無任何毒副作用。其缺乏之處是產(chǎn)品中亞鐵離子含量較高,影響凈水效果,此種工藝目前還未普遍使用。(8)一步合成法:一步合成法是將雙氧水、氯酸鉀等氧化劑溶于堿性或中性含鉀化合物中制成氧化劑溶液;在沸點溫度下控制pH值,加熱攪拌FeSO4懸浮液,制成一定濃度的FeSO4溶液;將制備的氧化劑溶液參加到FeSO4溶液中,可制得粒徑0.2～0.7nm的固體PFS[13]。1.3研究開發(fā)意義聚合硫酸鐵在水中能產(chǎn)生高效聚合鐵絡離子,與類似的其它凈水劑相比,用量少、本錢低、效果好。目前已廣泛用于原水凈化,污水處理,油水別離,廢銀回收,以及醫(yī)藥、制革、制糖、釀酒等行業(yè)的廢水凈化處理,聚鐵生產(chǎn)方法有磁鐵礦法、硫酸亞鐵法、廢鐵屑法、鋼鐵廠廢酸法、硫酸廠硫鐵礦渣法等[14]。南京油脂化工廠、武鋼供水廠、成都化工三廠、鞍鋼給排水公司、山東滕州凈水劑廠等是主生產(chǎn)廠。近年國內(nèi)對聚鐵的研究開發(fā)取得很大進展,用硫鐵礦渣為原料,用常壓低溫焙燒工藝制聚鐵已成功;用鈦白粉廠副產(chǎn)硫酸亞鐵一步法制固體聚鐵產(chǎn)品的新技術,是國家建設部、環(huán)?？偩值闹攸c科技推廣成果。聚鐵有強大市場競爭力,開發(fā)應用前景廣闊[15]。目前我國一般以副產(chǎn)綠礬為原料采用亞硝酸鈉催化氧化生產(chǎn)PFS。生產(chǎn)液體PFS時,由于液體PFS鐵含量低、黏度大、枯燥溫度低、枯燥時間長,能耗大。因此,生產(chǎn)過程中應控制和消除污染,改進技術手段,降低能耗。開發(fā)新技術,研制新產(chǎn)品高效價廉的絮凝劑是使絮凝劑得以廣泛應用的關鍵,它已成為我國“十五〞水處理劑的開展規(guī)劃[16,17]。研究生產(chǎn)PFS高新技術和及PFS新產(chǎn)品具有重要的意義。本實驗將采用直接氧化法制備液態(tài)聚合硫酸鐵。液態(tài)聚合硫酸鐵可以直接應用到水處理中,而且還減少了由液態(tài)枯燥到固態(tài)所產(chǎn)生的能耗通。實驗中,通過正交實驗,研究出最正確制備工藝,以解決液態(tài)聚合硫酸鐵鐵含量低不穩(wěn)定等問題。精選文檔精選文檔..精選文檔.2實驗局部2.1實驗材料與儀器2.1.1實驗藥品〔表1〕實驗中所采用的藥品與材料如表1所示。表1實驗藥品和材料Table1Reagentsandmaterials實驗藥品規(guī)格生產(chǎn)廠家重鉻酸鉀AR長沙分路口塑料化工廠二苯胺磺酸鈉AR長沙分路口塑料化工廠磷酸AR天津市大茂化學試劑廠氟化鈉AR天津市大茂化學試劑廠氯酸鉀AR上海山浦化工硫酸亞鐵AR株洲市化學工業(yè)研究所鹽酸AR湖南省株洲市化學工業(yè)研究所濃硫酸AR國藥集團化學試劑氫氧化鈉AR上海山浦化工2.1.2主要儀器設備〔表2〕表2實驗儀器和設備Table2Apparatusandequipment儀器、設備名稱生產(chǎn)廠家FN121-2型鼓風枯燥箱長沙儀器儀表廠組合恒溫磁力攪拌器山東省鄄城新科教學儀器廠PHS-3C型精密pH計海鵬順科學儀器分析天平梅特勒-托利多儀器上海恒溫水浴鍋上海精宏實驗設備2.2實驗方法2.2.1液態(tài)聚合硫酸鐵的制備實驗中按總SO42-:總Fe比例計算參加濃硫酸量。在燒杯中參加100ml水,再參加計算量濃硫酸配成稀溶液,加熱到設計溫度。再稱取計算量的FeSO4·7H2O和KClO3(設計量)各分成24份,在攪拌下分別將2份FeSO4·7H2O和兩份KClO3參加到上述燒杯中,攪拌10min繼續(xù)參加1份FeSO4·7H2O和一份KClO3,以后每隔設計時間(2,5,8min)加1次,共計加料22次,投料結束后,繼續(xù)攪拌10min,冷卻即可精選文檔精選文檔..精選文檔.。2.2.2PH值的測定將洗凈收干的電極插入待測溶液，測定PH值,所得結果應表示至一位小數(shù)，兩次測定結果之差不大于0.2PH值單位取算術平均值為測定結果[18]。2.2.3鹽基度測定 分析試樣10ml于250ml錐形瓶中，取25ml0.1mol/L鹽酸溶液，參加上述被測溶液中，在50度水浴中加熱10分鐘，流水冷卻至室溫，參加飽和氟化鈉溶液70ml，再放置半小時后，過濾除去沉淀,用1.5％氟化鈉溶液將沉淀物洗2—3次。然后在濾液中加3滴0.1％酚酞指示劑溶液,立即用0.1mol/L氫氧化鈉標準溶液滴定至終點，同時作一空白平行試驗對照[20]。2.2.4二價鐵含量的測定 用10ml移液管吸取分析試樣10ml于500ml錐形瓶中，加蒸餾水200ml稀釋之，加硫磷混酸溶液20至25ml，再加5滴二苯胺磺酸鈉溶液作指示劑[21]。立即用0.1mol/L重鉻酸鉀標準溶液滴定由無色轉(zhuǎn)變成綠色再成紫色即為終點,記下消耗毫升數(shù)。2.2.5密度測定 將適量的待測液體注入枯燥清潔的250ml量筒中，攪拌均勻后，拿住密度計上端，使它輕輕浮在液中，切莫讓液體粘附到露出局部，使密度計處于量筒中心懸浮，按彎月面上緣進行讀數(shù)〔眼睛與彎月面上緣平行〕。3結果與討論3.1工藝條件對鹽基度的影響3.1.1聚合硫酸鐵制備原理制備聚合硫酸鐵的含鐵原料較為廣泛,制備方法多種多樣,可以廢硫酸和鐵屑為原料進行生產(chǎn),其中以硫酸亞鐵為原料的聚合硫酸鐵不含重金屬離子,可用于飲用水處理,其反響方程式如下:氧化6FeSO4+KClO3+3H2SO4—→3Fe2(SO4)3+KCl+3H2O水解Fe2(SO4)3+nH2O—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+n/2H2SO4聚合mFe2(OH)n(SO4)3-n/2—→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m聚合硫酸鐵的性能取決于總鐵質(zhì)量分數(shù)和鹽基度,尤其是鹽基度。鹽基度越高,說明聚合度越大,混凝性能越好。制備時加硫酸有利于氧化反響的進行,可使Fe精選文檔精選文檔..精選文檔.2+轉(zhuǎn)化完全。溶液中的SO42-和HSO4-形成緩沖體系能保持溶液pH值的相對穩(wěn)定,SO42-向HSO4-轉(zhuǎn)化也會促進Fe3+的水解。硫酸用量對產(chǎn)品的鹽基度和總鐵質(zhì)量分數(shù)有很大影響,隨著硫酸用量的增加,Fe2(SO4)3的生成速率增加,有利于單體Fe2(OH)n(SO4)3-n/2的生成,提高了聚合反響速率,鐵結合的羥基數(shù)增加,鹽基度也隨之增大[22]。但當硫酸用量增加到一定程度時,也會抑制水解反響的發(fā)生,不利于聚合反響,甚至使聚合硫酸鐵發(fā)生分解,鹽基度下降。氧化反響是不可逆過程,反響速度較快,而水解和聚合反響均為可逆過程。當氧化劑用量少時,Fe2(SO4)3生成量少,不利于Fe2(OH)n(SO4)3-n/2的單體生成,因而鹽基度小。本實驗研究了不同溫度和物料配比條件下聚合硫酸鐵的合成工藝[23]。對制備的聚合硫酸鐵進行質(zhì)量檢驗和絮凝效果測試,從中得出制備聚合硫酸鐵的最正確工藝條件。3.1.2物料比對聚合硫酸鐵鹽基度的影響在常溫下,當酸度值和氧化劑投入量都相同時,改變物料比能提高反響速率并且能得到更高品質(zhì)的聚合硫酸鐵。當物料比(硫酸亞鐵與硫酸的摩爾比)分別為:1/1.20,1/1.25,1/1.30,1/1.35,1/1.40,1/1.45,1/1.50時,聚合硫酸鐵的鹽基度B(%)為11.8,12.3,11.6,11.2,12.1,12.5,12.1,結果見圖1。由圖1可見,當物料比為1/1.25和1/1.45時鹽基度最高,實際生產(chǎn)中考慮到本錢節(jié)約等問題,當投料比為1/1.45時,參加的硫酸亞鐵過多,本錢過高。綜合考慮實際投料比為1/1.25左右最正確。圖1物料比對鹽基度的影響Fig.1Theeffectofmaterialratioonthebasicity精選文檔精選文檔..精選文檔.3.1.3溫度對聚合硫酸鐵鹽基度的影響對于大多數(shù)化學反響來說,當反響物濃度不變時,加熱能提高反響速率。實驗結果說明,在其他條件不變的情況下,當反響溫度(℃)分別為30,35,40,45,50,55,60和65時,聚合硫酸鐵的鹽基度B(%)分別為8.7,8.8,9.7,10.2,11.9,13,11.4和10.8。由此可知,聚合硫酸鐵鹽基度隨反響溫度的升高而升高,當反響溫度升至55℃時,聚合硫酸鐵的鹽基度已到達較高水平,繼續(xù)升溫鹽基度變化幅度不大。由于本實驗為放熱反響,假設溫度過高,一方面會引起氧化劑局局部解,為了到達同樣的效果,必將增加氧化劑用量;另一方面,溫度高也會使聚合硫酸鐵發(fā)生分解產(chǎn)生沉淀,降低絮凝能力。綜合考慮,反響溫度控制為55℃左右較適宜。圖2反響溫度對鹽基度的影響Fig.2Theeffectoftemperatureonthebasicity3.1.4酸度對聚合硫酸鐵鹽基度的影響在常溫常壓下，pH為1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,其他因素相同情況下,聚合硫酸鐵的鹽基度分別為8.7,10.2,12.1,12.8,12.0,11.8,結果見圖3。由圖3可知，隨著pH的增大,鹽基度呈下降趨勢。原因是在水解過程中,氫氧根離子和硫酸根離子與鐵離子的配合是競爭關系,SO42-少時,較多的氫氧根離子結合鐵離子,使得產(chǎn)物鹽基度較高,而硫酸根離子過量,生成物已經(jīng)成為Fe2(SO4)3,并非PFS。在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格及一定反響速度的前提下,濃H2SO4的最正確用量為精選文檔精選文檔..精選文檔.4.3mL,pH為2.5到3時,硫酸亞鐵與硫酸的摩爾比為1∶1.25,此時鹽基度最高。圖3pH對鹽基度的影響Fig.3TheeffectofpHvalueonthethebasicity3.1.5氧化劑參加速度對聚合硫酸鐵鹽基度的影響氧化劑氯酸鉀的參加速度直接影響反響效果，參加速度較慢，有利于物料的充分接觸，但反響時間過長，參加太慢、太遲又易使Fe2(SO4)3發(fā)生水解，產(chǎn)生沉淀，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，實驗過程中，嘗試著加快參加速度，但使得復原性物質(zhì)〔以Fe2+計〕的含量明顯增加，F(xiàn)e2+的轉(zhuǎn)化率無法到達國家標準，這是因為本反響是一個放熱反響,參加速度過快,一那么使得氯酸鉀不能與物料充分接觸,二那么放熱使溫度升高,促使了氯酸鉀的分解。故經(jīng)過反復實驗，認為控制在2.5h之內(nèi)連續(xù)均勻參加較好[25]。3.1.6氧化劑用量對聚合硫酸鐵鹽基度的影響在常溫常壓下，參加定量的FeSO4?7H2O86g、濃H2SO4(98%)4mL、H2O100mL于燒瓶中，用慢慢參加3,6,9,12,14g不同量的KClO3，反響完后測其鹽基度。結果見圖4。由于氯酸鉀參加到硫酸亞鐵溶液中，反響會放出大量的熱，因此不可防止地要消耗一局部氯酸鉀會分解。為此，氧化過程采用在低溫下將過氧化氫慢慢地滴入，溶液的顏色逐漸加深。經(jīng)過屢次實驗并由圖3發(fā)現(xiàn),當氯酸鉀用量達6g，硫酸亞鐵與氯酸鉀的摩爾比為1:0.1時，生成的紅棕色液體的顏色不再加深，說明Fe2+已根本被氧化,到達實驗要求,繼續(xù)增加氯酸鉀用量,溶液體積增加,全鐵含量降低。因此,精選文檔精選文檔..精選文檔.選擇硫酸亞鐵與過氯酸鉀的摩爾比為1:0.1。圖4氧化劑對鹽基度的影響Fig.4Theeffectofoxidantsonthethebasicity3.1.7聚合反響時間對聚合硫酸鐵鹽基度的影響從圖5可知,反響時間對聚合硫酸鐵的合成有很大的影響，反響時間越短，那么聚合反響不完全，產(chǎn)品的聚合度低，鹽基度??；聚合度與絮凝效果的好壞有密切的關系，聚合度越大，其形成的礬花越大，絮凝效果越好[26]。但時間過長,鹽基度反而略有下降,并且增加了生產(chǎn)本錢。通過實驗確定反響時間為2.5h。圖5反響時間對鹽基度的影響精選文檔精選文檔..精選文檔.Fig.5Theeffectoftimeonthebasicity3.1.8聚合硫酸鐵經(jīng)過熟化后鹽基度的變化在上述各最正確條件下,將制得聚合硫酸鐵靜置熟化,當靜置熟化時間(h)分別為0,24,48和72時,聚合硫酸鐵的鹽基度(%)分別為12.4,12.1,11.8,11.8和11.7由此可知,隨著聚合硫酸鐵靜置熟化的時間越長,鹽基度呈下降的趨勢,但總體下降幅度不是很大;存放48h后,其鹽基度已根本趨于穩(wěn)定。因此如圖6,在分析聚合硫酸鐵的鹽基度時,反響結束就馬上分析會造成結果略微偏高,存放48h后可根本到達穩(wěn)定。這是由于水解聚合反響并非瞬間完成,在相當時間內(nèi),溶液均處于非平衡介穩(wěn)狀態(tài)。在此熟化期內(nèi),隨著反響進行,水解產(chǎn)物形態(tài)組成也不斷變化,溶液pH值也相應變化,因而出現(xiàn)鹽基度隨時間發(fā)生變化的現(xiàn)象。圖6熟化時間對鹽基度的影響Fig.6Theeffectofagingtimeonthebasicity3.1.9正交試驗通過以上單因素實驗可得,聚合硫酸鐵制備受投料比例(總鐵與硫酸根比例)、反響溫度、PH以及氧化劑用量等因素影響,本研究采取正交試驗設計方案L9(43)取得較好結果。試驗中用86g硫酸亞鐵為基準,以溫度、投料比、攪拌時間和氯酸鉀為因素,進行4因素3水平的正交試驗。并根據(jù)此制定了試驗方案(見表4)。表3因素水平表Table3Tableoffactorsvslevel精選文檔精選文檔..精選文檔.水平溫度總SO42-:總Fe攪拌時間氯酸鉀(℃)(mol/L)(h)(g)1451:1.25262551:1.352.593651:1.45312表4試驗方案表Table4Tableoftextformula試驗號溫度總SO42-:總Fe攪拌時間氯酸鉀(℃)(mol/L)(h)(g)1451:1.25262451:1.352.593451:1.453124551:1.25395551:1.352126551:1.452.567651:1.252.5128651:1.35369651:1.45293.2.0正交試驗結果分析經(jīng)以上設計方法制備的聚合硫酸鐵是紅褐色粘稠透明液體。產(chǎn)品經(jīng)指標分析檢測見表5。表5試驗結果表Table5Tableoftextresult序號密度PH不溶物全鐵質(zhì)量分數(shù)鹽基度(g/cm3)(%)(%)(%)精選文檔精選文檔..精選文檔.11.422.08212.1711.821.441.842.512.1011.231.452.30312.1212.141.452.40312.1012.351.471.90212.1211.261.482.102.512.1313.071.442.102.512.1211.381.442.40312.1710.591.502.30212.1212.4標準1.452.0～3.0?0.311.00?12.0從表5實驗結果說明,3號4號實驗與比較標準根本相符,4號更