聚合硫酸鐵無機(jī)高分子絮凝劑的制備與評價(jià)

聚合硫酸鐵無機(jī)高分子絮凝劑的制備與評價(jià)目錄HYPERLINK1引言 3HYPERLINK2聚合硫酸鐵無機(jī)高分子絮凝劑的制備 4HYPERLINK2.1合成原理 4HYPERLINK2.2實(shí)驗(yàn)藥品 4HYPERLINK2.3設(shè)備與儀器 4HYPERLINK2.4實(shí)驗(yàn)過程 5HYPERLINK2.4.1反應(yīng)物配比的確定 5HYPERLINK2.4.2溫度 5HYPERLINK2.4.3實(shí)驗(yàn)步驟 5HYPERLINK3產(chǎn)品分析與檢測 6HYPERLINK3.1全鐵含量測定 6HYPERLINK3.1.1方法原理 6HYPERLINK3.1.2儀器與試劑 6HYPERLINK3.1.3分析步驟 6HYPERLINK3.1.4滴定結(jié)果 7HYPERLINK3.1.5結(jié)果分析 7HYPERLINK3.2亞鐵含量測定 7HYPERLINK3.2.1方法原理 7HYPERLINK3.2.2儀器試劑 8HYPERLINK3.2.3分析步驟 8HYPERLINK3.2.4滴定結(jié)果 8HYPERLINK3.2.5結(jié)果分析 8HYPERLINK3.3鹽基度含量測定 9HYPERLINK3.3.1方法原理 9HYPERLINK3.3.2儀器試劑 9HYPERLINK3.3.3分析步驟 9HYPERLINK3.3.4滴定結(jié)果 9HYPERLINK3.3.5結(jié)果分析 10HYPERLINK3.4去除率的測定 10HYPERLINK3.4.1水樣配置 10HYPERLINK3.4.2數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果 10HYPERLINK4結(jié)論 12參考文獻(xiàn)....................................13聚合硫酸鐵無機(jī)高分子絮凝劑的制備與評價(jià)吳軍天津工業(yè)大學(xué)環(huán)化學(xué)院化工1001，天津摘要聚合硫酸鐵的生產(chǎn)方法有很多，但不管哪種方法，其聚合和水解的過程都可簡單表示為：本實(shí)驗(yàn)以硫酸亞鐵、氯酸鈉和硫酸為主要原料制備聚合硫酸鐵絮凝劑，考察亞鐵離子與硫酸根離子配比以及反應(yīng)溫度對產(chǎn)物的影響。我們選取了亞鐵離子與硫酸根離子配比分別為1.25、1.30、1.35、1.40、1.45，反應(yīng)溫度分別為45℃、50℃、55℃、60℃、65℃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過對產(chǎn)物的全鐵含量、鹽基度、亞鐵含量以及去除率進(jìn)行測試分析，發(fā)現(xiàn)在溫度為55℃，配比為1.35時(shí)，制備的聚合硫酸鐵無機(jī)高分子絮凝劑的效果最好。關(guān)鍵詞：聚合硫酸鐵；硫酸亞鐵；絮凝劑；配比和溫度影響1引言城市生活污水與工業(yè)廢水中污染物是多種多樣且性質(zhì)各異的，往往需要采用多種處理方法結(jié)合，才能去除不同性質(zhì)的污染物，達(dá)到凈化的目的與排放的標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)外水工業(yè)、水污染治理、海水淡化與節(jié)水回用凈化處理工程技術(shù)領(lǐng)域中普遍用來提高水質(zhì)處理效率的既經(jīng)濟(jì)又簡便的水質(zhì)處理方法是絮凝沉淀法。絮凝效果的好壞會影響到水處理工藝后續(xù)流程的處理費(fèi)用，甚至?xí)绊懽罱K出水的質(zhì)量。絮凝沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、維護(hù)操作簡單、處理效果好、間歇或連續(xù)運(yùn)行即可。一般來講，絮凝劑可分為無機(jī)類絮凝劑和有機(jī)類絮凝劑。無機(jī)類絮凝劑目前主要分為無機(jī)凝聚劑和無機(jī)高分子絮凝劑兩大類。無機(jī)絮凝劑是最早為人們使用的水處理劑。無機(jī)絮凝劑按金屬鹽種類可分為鋁鹽和鐵鹽兩大類；按陰離子成分又可分為鹽酸系和硫酸系；按分子量可分為低分子無機(jī)絮凝劑和高分子無機(jī)絮凝劑兩大類。傳統(tǒng)的低分子絮凝劑價(jià)格低、生產(chǎn)充足，但是存在用量大、殘?jiān)?、效果差等缺點(diǎn)。自上世紀(jì)六十年代以來，因聚合氯化鋁凈水性能優(yōu)越，傳統(tǒng)使用的低分子絮凝劑如三氯化鐵、硫酸鋁等已經(jīng)基本上淘汰。聚合硫酸鐵（PFS）是一種新型無機(jī)絮凝劑，其化學(xué)式是。已經(jīng)成功應(yīng)用于給水、工業(yè)廢水及城市污水處理，尤其是對微污染水質(zhì)、低溫、低濁、低堿度水質(zhì)，除污度高達(dá)95%-98%，逐漸成為主流鐵鹽絮凝劑。聚合硫酸鐵的商品有兩類：Ⅰ類指液體品，為棕紅色粘稠透明液體；Ⅱ類指固體品，為淡黃色無定形固體。我國在GB14591-2006中對聚合硫酸鐵產(chǎn)品指標(biāo)做出了相應(yīng)的規(guī)定，見表1-1表1-1聚合硫酸鐵產(chǎn)品的主要項(xiàng)目指標(biāo)Ⅰ類(液體)Ⅱ類（固體）密度/g.cm3(20℃)≧1.45-全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≥11.019.0還原性物質(zhì)（以≤0.100.15鹽基度/%≧8．0-15.08．0-16.0PH(1%水溶液)2.0-3.02.0-3.02聚合硫酸鐵無機(jī)高分子絮凝劑的制備2.1合成原理聚合硫酸鐵的生產(chǎn)方法多種多樣，包括了氧化、水解和聚合等反應(yīng)步驟。其反應(yīng)機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，包含了大量的基元反應(yīng)，但其宏觀反應(yīng)動力學(xué)過程卻基本一樣。由于采用不同的生產(chǎn)方法生產(chǎn)聚合硫酸鐵，其氧化方式不同，氧化過程的表達(dá)方式自然也不一樣，但無論何種生產(chǎn)方式，其水解和聚合過程都可簡單表示為：2.2實(shí)驗(yàn)藥品·7，濃，蒸餾水2.3設(shè)備與儀器帶磁力攪拌的水浴鍋、電子天平、250mL燒杯、量筒、膠頭滴管、移液管2.4實(shí)驗(yàn)過程2.4.1反應(yīng)物配比的確定聚合硫酸鐵分子式為，根據(jù)國標(biāo)，鹽基度B==8—15，所以n=0.48—0.9，則n():n()=1.275—1.38。因?yàn)椤?中，本身含有1個(gè)，所以需要加入的濃的物質(zhì)量n(濃)=(配比-1)×n(·7)。在反應(yīng)中，n():n()=6:1，則n()=×n()。又根據(jù)國標(biāo)，全鐵含量W1=≥11%所以，則=--。在本實(shí)驗(yàn)中，加入·70.15mol，選擇的亞鐵離子與硫酸根離子配比依次為1.25、1.30、1.35、1.40、1.45（此時(shí)反應(yīng)溫度為55℃），由此計(jì)算的各物質(zhì)所需稱量的質(zhì)量見下表表2-1不同配比的各物質(zhì)的質(zhì)量配比物質(zhì)1.251.301.351.401.45·7（g）41.741.741.741.741.7（g）2.662.662.662.662.66濃（g）3.754.505.256.006.75（g）22.0421.2920.5419.7919.042.4.2溫度實(shí)驗(yàn)選擇溫度作為另一個(gè)控制變量，依次選取45℃、50℃、55℃、60℃、65℃（此時(shí)配比為1.35）進(jìn)行反應(yīng)。2.4.3實(shí)驗(yàn)步驟以配比為1.35，溫度為55℃為例。=1\*GB3①打開水浴鍋電源，將溫度調(diào)至55℃；=2\*GB3②用電子天平依次稱取41.7g·7，5.25g濃，20.54g和2.66g。=3\*GB3③將配制成30%的溶液待用。=4\*GB3④將·7加入到250mL燒杯中，放在水浴鍋中加熱，調(diào)節(jié)合適轉(zhuǎn)速。=5\*GB3⑤向燒杯中依次緩慢滴加濃，，反應(yīng)1h。3產(chǎn)品分析與檢測3.1全鐵含量測定3.1.1方法原理在酸性介質(zhì)中，使用還原性將還原為，使用鎢酸鈉作指示劑，標(biāo)定還原反應(yīng)的結(jié)果，過量的在C的催化作用下被溶解氧所氧化。然后，用重鉻酸鉀溶液滴定，二苯胺磺酸鈉為指示劑，指示滴定反應(yīng)的完成。根據(jù)稱取PFS樣品的質(zhì)量、滴定消耗重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積以及重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，即可求出PFS樣品中全鐵含量，主要反應(yīng)如下：+=++6+14=+6+73.1.2儀器與試劑儀器：電子天平、酸式滴定管、錐形瓶。試劑：重鉻酸鉀溶液（0.02mol/L）,硫酸銅溶液（5g/L），三氯化鐵溶液，鹽酸（1:1），硫酸（1:1），磷酸（15:85），鎢酸鈉指示劑，二苯胺磺酸鈉指示劑（5g/L）。3.1.3分析步驟稱取0.1-0.15g試樣，置于150mL錐形瓶中，加體積比為1:1的硫酸溶液5mL，體積比為1:1的鹽酸溶液5mL和鎢酸鈉指示劑0.5mL。在不斷搖動下，逐滴加入三氯化鈦溶液直至溶液剛好出現(xiàn)藍(lán)色為止。用水沖洗錐形瓶內(nèi)壁，并稀釋至大約75mL。加入2滴硫酸銅溶液，充分搖動，待溶液藍(lán)色消失后，加入體積比為15:85的磷酸溶液5mL和2滴二苯胺磺酸鈉指示劑，立即用重鉻酸鉀溶液滴定至紫色（30s不退色）即為終點(diǎn)。3.1.4滴定結(jié)果滴定的結(jié)果如下表所示：表3-1不同配比產(chǎn)品的全鐵含量滴定結(jié)果配比項(xiàng)目1.251.301.351.401.45樣品質(zhì)量（g）0.110.120.130.120.12消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積(mL)2.152.602.802.552.40全鐵含量%13.1314.5614.4714.2813.44表3-2不同溫度下產(chǎn)品的全鐵含量滴定結(jié)果溫度（℃）項(xiàng)目4550556065樣品質(zhì)量（g）0.150.110.130.120.15消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積（mL）3.002.102.802.502.80全鐵含量%13.4412.8214.4714.0012.543.1.5結(jié)果分析由上述滴定結(jié)果可以看出，所有產(chǎn)品的全鐵含量都符合≥11%的國標(biāo)，從這點(diǎn)來說，所有產(chǎn)品都是符合要求的。3.2亞鐵含量測定3.2.1方法原理在酸性溶液中，將氧化為，本身被還原為M。過量的將使溶液呈微紅色，指示滴定終點(diǎn)到達(dá)。根據(jù)稱取的PFS樣品的質(zhì)量、滴定消耗高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積以及高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度，即可求出PFS樣品中亞鐵的含量，主要反應(yīng)如下：+5+8=M+5+8由于實(shí)驗(yàn)用水可能含有還原性物質(zhì)，因此必須作空白實(shí)驗(yàn)。3.2.2儀器試劑儀器：電子天平、酸式滴定管、錐形瓶。試劑：高錳酸鉀（0.02mol/L）、硫酸、磷酸。3.2.3分析步驟稱取約2g試樣，置于150mL錐形瓶中，加水60mL,加入1.6mL硫酸，1.6mL磷酸，搖勻，用高錳酸鉀溶液滴定至微紅色（30s不退色）即為終點(diǎn)，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。3.2.4滴定結(jié)果滴定結(jié)果如下表所示：表3-3不同配比產(chǎn)品的亞鐵含量滴定結(jié)果配比項(xiàng)目1.251.301.351.401.45樣品質(zhì)量（g）2.002.002.002.002.00空白消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積（mL）0.050.050.050.050.05消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積(mL)0.380.370.360.360.37亞鐵含量%0.0920.0900.0870.0870.090表3-4不同溫度產(chǎn)品的亞鐵含量滴定結(jié)果溫度（℃）項(xiàng)目4550556065樣品質(zhì)量（g）2.002.002.002.002.00空白消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積（mL）0.050.050.050.050.05消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積(mL)0.380.400.360.410.42亞鐵含量%0.0920.0980.0870.1000.1043.2.5結(jié)果分析從上面滴定結(jié)果可以看出，除了65℃的產(chǎn)品的亞鐵含量大于了0.1%，剩下所有產(chǎn)品的亞鐵含量都符合國標(biāo)≤0.1%的要求。從表中還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度為55℃，配比為1.35,時(shí)，亞鐵含量最低，說明在這個(gè)條件下，反應(yīng)的最完全。所以，就亞鐵含量而言，溫度為55℃，配比為1.35的反應(yīng)條件是最佳的。3.3鹽基度含量測定3.3.1方法原理鹽基度表示羥基的質(zhì)量與Fe（Ⅲ）質(zhì)量比值，是一項(xiàng)關(guān)系到產(chǎn)品穩(wěn)定性及絮凝性能的重要指標(biāo)。由于鐵鹽水解會給鹽基度的猜測定帶來困難，因此測定鹽基度時(shí)必須掩蔽鐵。在酸性條件下，KF可以有效的掩蔽鐵，且滴定終點(diǎn)敏銳。在一定量試樣中加入定量過量的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，再加入KF溶液掩蔽鐵，以酚酞作指示劑，同NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)，用蒸餾水在同樣的條件下作空白實(shí)驗(yàn)，根據(jù)試樣消耗的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，空白消耗的NaOH的體積，NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和試樣的質(zhì)量，既可以求出以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的鹽基度。3.3.2儀器試劑儀器：電子天平、酸式滴定管、移液管、錐形瓶。試劑：鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液、NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液、酚酞指示劑、KF溶液。3.3.3分析步驟稱取1.20-1.30g試樣，置于150mL錐形瓶中，用移液管移入25.00mL鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入20.00mL煮沸后的蒸餾水，搖勻，加入酚酞指示劑，蓋上表面皿，在室溫下放置10min。用移液管移入KF溶液10mL，搖勻，加入5滴酚酞指示劑，立即用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至粉紅色（30s不退色）為終點(diǎn)。用煮沸后的蒸餾水代替試樣作空白實(shí)驗(yàn)。3.3.4滴定結(jié)果滴定結(jié)果如下所示：表3-5不同配比產(chǎn)品的鹽基度滴定結(jié)果配比項(xiàng)目1.251.301.351.401.45樣品質(zhì)量（g）1.221.271.251.221.25空白消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積（mL）51.0051.1050.8051.1051.00消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積(mL)38.6438.3840.0041.3042.60鹽基度%14.5112.9311.2210.579.40表3-6不同溫度產(chǎn)品的鹽基度滴定結(jié)果溫度（℃）項(xiàng)目4550556065樣品質(zhì)量（g）1.241.281.251.241.24空白消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積（mL）52.5051.1050.8050.6051.00消耗標(biāo)準(zhǔn)液體積(mL)42.0041.2040.0040.0040.10鹽基度%11.8511.3611.2211.4913.313.3.5結(jié)果分析從上面結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，所有產(chǎn)品的鹽基度都符合國標(biāo)在8-15之間。且鹽基度隨著配比的增加而減小，隨著溫度的增加沒有明顯的變化趨勢。3.4去除率的測定3.4.1水樣配置高嶺土常用于制備人工模擬懸濁液，高嶺土加入到自來水中，配制成高嶺土懸濁液，靜置30min后取上層懸濁液備用，此溶液呈淺白色渾濁狀，測定其濁度。取500mL懸濁液，加入0.1mL試樣，快速攪拌1min，然后再慢攪10min，靜置20min后取上清液進(jìn)行濁度測定。3.4.2數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果表3-7不同配比產(chǎn)品濁度測試結(jié)果時(shí)間min濁度配比02712172227去除率%1.25122.344.132.327.623.819.518.484.961.30106.134.113.59.58.47.47.293.211.3596.624.510.28.87.87.36.493.371.40137.482.936.829.226.025.220.285.301.45