液态聚合硫酸铁的制备工艺研究毕业论文

液态聚合硫酸铁的制备工艺研究毕业论文内容摘要：

,用氧气将 Fe2+氧化成 Fe3+。 其生产过程是 :将硫酸亚铁和硫酸的混合液喷入反应器 ,并保持反应液占反应器总体积的 1/3。 溶液在喷射过程中 ,与气相中的 NO、 NO2和 O2反应 ,最后生成聚合硫酸铁。 经测定 ,溶液中含有大量大分子络合物。 氧化反应生成的聚合硫酸铁中含有 NOx,需将其送至脱氮器 ,并向脱氮器中充入氧 ,使脱出 NOx的混合气体再循环到反应器使用。 此法的原理与反应 塔法制备聚合硫酸铁的原理相同。 它们的区别在于 ,前者是将液体喷射雾化 ,后者是利用填料的较大比表面积 ,加强气体的吸收过程 ,提高反应速度。 由于原料硫酸亚铁在生产和运输过程中往往混入杂质 ,这对聚合硫酸铁的生产设备提出了更高的要求。 在采用填料塔法生产时 ,原料不经预处理可以直接用于生产。 另外 ,采用填料塔法生产 ,可以在较低的温度和常压下进行 ,具有安全方便的特点。 氮氧化物在催化氧化过程中消耗很少 ,而且可以循环使用 ,这样既不会造成浪费 ,也不会带来污染问题。 (7）生物氧化法 :生物氧化法是以 硫铁矿为原料 ，引入混合菌种作为料液 ，在室温下通入空气作氧化剂， 加入合适的营养物质 ,FeSO4 在微生物作用下经氧化、水解、聚合反应得到生物聚合硫酸铁（ BPFS） [12]。 硫铁矿主要成分是 FeS2,先经过自然氧化为 FeSO4: 2FeSO4 + 7O2 + 2H2O— → 2FeSO4 + 2H2SO4 亚铁离子经氧化亚铁杆菌作用 ,生成三价铁离子 : 2FeSO4 + O2 + H2SO4— → Fe2(SO4) 3 + H2O 以后的 FeS2靠 Fe2(SO4) 3氧化成三价铁离子 : Fe2(SO4) 3 + FeS2 — → 3FeSO4 + 2S 6 生产的硫磺经氧化硫酸杆菌作用转化为硫酸 : 氧化硫酸杆菌 ↓ 2S+ H2O+ O2 — → H2SO4 这种方法生产 PFS,所采用的原料来源广 ,生产设备简单 ,成本较低。 无需高温高压和消毒催化剂 ,生产中无任何毒副作用。 其不足之处是产品中亚铁离子含量较高 ,影响净水效果 ,此种工艺目前还未普遍使用。 (8)一步合成法 :一步合成法是将双氧水、氯酸钾等氧化剂溶于碱性或中性含钾化合物中制成氧化剂溶液。 在沸点温度下控制 pH 值 ,加热搅拌 FeSO4 悬浮液 , 制成一定浓度的 FeSO4溶液。 将制备的氧化剂溶液加入到 FeSO4溶液中 ,可制得粒径 ～ 的固体 PFS[13]。 研究 开发 意义 聚合硫酸铁在水中能产生高效聚合铁络离子 ,与类似的其它净水剂相比 ,用量少、成本低、效果好。 目前已广泛用于原水净化 ,污水处理 ,油水分离 ,废银回收 ,以及医药、制革、制糖、 酿酒等行业的废水净化处理 ,聚铁生产方法有磁铁矿法、硫酸亚铁法、废铁屑法、钢铁厂废酸法、硫酸厂硫铁矿渣法等 [14]。 南京油脂化工厂、武钢供水厂、成都化工三厂、鞍钢给排水公司、山东滕州净水剂厂等是主生产厂。 近年国内对聚铁的研究开发取得很大进展 ,用硫铁矿渣为原料 ,用常压低温焙烧工艺制聚铁已成功。 用钛白粉厂副产硫酸亚铁一步法制固体聚铁产品的新技术 ,是国家建设部、环保总局的重点科技推广成果。 聚铁有强大市场竞争力 ,开发应用前景广阔 [15]。 目前我国一般以副产绿矾为原料采用亚硝酸钠催化氧化生产 PFS。 生产液体PFS时 ,由于液体 PFS铁含量低、黏度大、干燥温度低、干燥时间长 ,能耗大。 因此 ,生产过程中应控制和消除污染 ,改进技术手段 ,降低能耗。 开发新技术 ,研制新产品高效价廉的絮凝剂是使絮凝剂得以广泛应用的关键 ,它已成为我国“十五”水处理剂的发展规划 [16,17]。 研究生产 PFS高新技术和及 PFS新产品具有重要的意义。 本实验将采用 直接 氧化法制备液态聚合硫酸铁。 液态聚合硫酸铁可以直接应用到水处理中 ,而且还减少了由液态干燥到固态所产生的能耗 通。 实验中 ,通 过正交实验 ,研究 出最佳制备工艺 ,以解决 液态聚合硫酸铁 铁含量低不稳定等问题。 7 2 实验部分 实验材料与仪器 实验药品 （表 1） 实验 中所采用的药品与材料如表 1所示。 表 1 实验药品和材料 Table 1 Reagents and materials 实验药品 规格 生产厂家 重铬酸钾 AR 长沙分路口塑料化工厂 二苯胺磺酸钠 AR 长沙分路口塑料化工厂 磷酸 AR 天津市大茂化学试剂厂 氟化钠 AR 天津市大茂化学试剂厂 氯酸钾 AR 上海山浦化工有限公司 硫酸亚铁 AR 株洲市化学工业研究所 盐酸 AR 湖南省株洲市化学工业研究所 浓硫酸 AR 国药集团化学试剂有限公司 氢氧化钠 AR 上海山浦化工有限公司 主要仪器设备（表 2） 表 2 实验仪器和设备 Table 2 Apparatus and equipment 仪器、设备名称 生产厂家 FN1212 型鼓风干燥箱 长沙仪器仪表厂 组合恒温磁力搅拌器 山 东省鄄城新科教学仪器厂 PHS3C 型精密 pH 计 海鹏顺科学仪器有限公司 分析天平 梅特勒 托利多仪器上海有限公司 恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司 实验方法 液态聚合硫酸铁的制备 实验中 按总 SO42:总 Fe 比例计算加入浓硫酸量。 在烧杯中加入 100ml 水 ,再加入计算量浓硫酸配成稀溶液 ,加热到设计温度。 再称取计算量的 FeSO4 7H2O和 KClO3(设计量 )各分成 24 份 ,在搅拌下分别将 2 份 FeSO4 7H2O 和两份 KClO3加 入到上述烧杯中 ,搅拌 10min 继续加入 1 份 FeSO4 7H2O 和一份 KClO3,以后每 8 隔设计时间 (2,5,8min)加 1 次 ,共计加料 22 次 ,投料结束后 ,继续搅拌 10min,冷却即可。 PH 值的测定 将洗净收干的电极插入待测溶液，测定 PH 值 ,所得结果应表示至一位小数，两次测定结果之差不大于 值单位取算术平均值为测定结果 [18]。 盐基度测定 分析试样 10ml 于 250ml 锥形瓶中，取 ，加入上述被测溶液中，在 50 度水浴中加热 10 分钟，流水冷却至室温 ，加入饱和氟化钠溶液70ml，再放置半小时后，过滤除去沉淀 ,用 ％氟化钠溶液将沉淀物洗 2— 3 次。 然后在滤液中加 3滴 ％酚酞指示剂溶液 ,立即用 滴定至终点，同时作一空白平行试验对照 [20]。 二价铁含量的测定 用 10ml 移液管吸取分析试样 10ml 于 500ml 锥形瓶中，加蒸馏水 200ml 稀释之，加硫磷混酸溶液 20 至 25ml，再加 5 滴二苯胺磺酸钠溶液作指示剂 [21]。 立即用 ,记下消耗毫升数。 密度测定 将适量的待测液体注入干燥清洁的 250ml 量筒中，搅拌均匀后，拿住密度计上端，使它轻轻浮在液中，切莫让液体粘附到露出部分，使密度计处于量筒中心悬浮，按弯月面上缘进行读数（眼睛与弯月面上缘平行）。 3 结果与 讨论 工艺条件对 盐基度 的影响 聚合硫酸铁制备 原理 制备聚合硫酸铁的含铁原料较为广泛 ,制备方法多种多样 ,可以废硫酸和铁屑为原料进行生产 ,其中以硫酸亚铁为原料的聚合硫酸铁不含重金属离子 ,可用于饮用水处理 ,其反应方程式如下 : 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 聚合硫酸铁的性能取决于总铁质量分数和盐基度 ,尤其是盐基度。 盐基度越高 ,说明聚合度越大 ,混凝性能越好。 制备时加硫酸有利于氧化反应的进行 ,可使 9 Fe2+转化完全。 溶液中的 SO42和 HSO4形成缓冲体系能保持溶液 pH 值的相对稳定 ,SO42向 HSO4转化也会促进 Fe3+的水解。 硫酸用量对产品的盐基。