專利名稱：一種聚合硫酸鐵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于工業(yè)廢水、城市污水及給水處理的混凝劑的研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種聚合硫酸鐵的制備方法。
背景技術(shù)：
混凝劑是一種可使液體中分散的細粒固體形成絮凝物的高分子聚合物，與水任意比混合，可廣泛用于工業(yè)廢水、城市污水及給水的處理。目前，常用的混凝劑有堿式氯化鋁、聚合硫酸鐵、三氯化鐵及硫酸鋁。聚合硫酸鐵具有以下優(yōu)點:絮凝體形成速度快，顆粒密實，沉降速度快，對于各種廢水中的C0D、B0D、濁度、色度及重金屬有良好的去除效果，并且對所處理廢水PH值及水溫適應(yīng)范圍廣，對污泥有良好的脫水性。制備聚合硫酸鐵常用的方法主要是直接氧化法，直接氧化法主要有H2O2氧化法、KC103/NaC103氧化法、HNO3氧化法和NaClO氧化法等，直接氧化法由于使用的氧化劑價格高，因此產(chǎn)品成本較高同時反應(yīng)過程中還存在一些其他問題，如H2O2氧化，反應(yīng)過程非常劇烈且放出大量的熱，而高溫又加速H2O2分解，對氧化劑造成浪費的同時又難以合理地控制氧化劑的投加速度；KC103/NaC103氧化法的產(chǎn)物中有殘留的Cl—和C103_不宜用于給水處理，且KClO3價格較貴，限制了其大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，同時在反應(yīng)過程中還會產(chǎn)生大量Cl2，泄露會造成空氣污染；而HNO3氧化法還需增加尾氣吸收裝置，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝成本增加。因此，對于聚合硫酸鐵的制備仍然需要進一步的研究
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的聚合硫酸鐵的制備方法所存在的不足，本發(fā)明提供了一種制備工藝簡單、混凝效果好、濁度去除率高的聚合硫酸鐵混凝劑的制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:稱取可溶性二價鐵鹽，加水至二價鐵離子的濃度為56g/L，加入過硫酸鹽至溶液中二價鐵離子與過硫酸根的摩爾比為1:0.1 1.0，優(yōu)選1:0.4 0.8，20 85°C攪拌反應(yīng)0.5 4小時，得到聚合硫酸鐵。上述反應(yīng)條件中優(yōu)選反應(yīng)溫度為25 65°C，反應(yīng)時間為I 3小時。上述可溶性二價鐵鹽可以是FeCl2、FeSO4以及Fe(NO3)2中的任意一種。上述過硫酸鹽是Na2S2O8或K2S2O8。還可以在二價鐵鹽溶于水后向溶液中滴加硫酸或鹽酸調(diào)整pH至3 7。本發(fā)明的聚合硫酸鐵混凝劑的制備方法是通過將一定量的二價鐵鹽溶解于水中，通過硫酸調(diào)整其PH值后水浴加熱攪拌，加入一定量的過硫酸鹽作為氧化劑氧化溶液中的Fe2+，經(jīng)水解聚合得到聚合硫酸鐵(PFS)，為聚合硫酸鐵的制備提供了一種新的方法，本發(fā)明的方法工藝簡單且所制備的聚合硫酸鐵混凝劑的混凝效果好，濁度去除率高，可達94.6%，而且所制備的聚合硫酸鐵混凝劑的各項指標均符合GB14591-2006水處理劑聚合硫酸鐵的要求，此外本方法所需投加硫酸亞鐵用量少，氧化劑過硫酸鈉的投加速度易于控制，使得二價鐵被充分氧化，且操作工藝簡單，無腐蝕性，PH適用范圍廣，成本低，性能好，具有很良好的市場前景。


圖1為過硫酸鈉投加量對同一濁度廢水去濁率的影響。圖2為溫度對同一濁度廢水去濁率的影響。圖3為反應(yīng)時間對同一濁度廢水去濁率的影響。
具體實施例方式現(xiàn)結(jié)合實驗對本發(fā)明的技術(shù)方案進行進一步說明，但是本發(fā)明不僅限于下述實施的情形。實施例1以可溶性二價鐵鹽選硫酸亞鐵為例，制備聚合硫酸鐵的方法為:稱取13.QgFeSO4放置于250mL的錐形瓶中，加入50mL的蒸餾水至FeSO4的濃度為56g/L，加入7.14g Na2S2O8,FeSO4與Na2S2O8的摩爾比為1:0.6，保證溶液中Fe2+與S2082_的摩爾比為1:0.6,水浴加熱至65°C攪拌反應(yīng)2小時，得到聚合硫酸鐵。實施例2以可溶性二價鐵鹽選硫酸亞鐵為例，制備聚合硫酸鐵的方法為:稱取13.QgFeSO4放置于250mL的錐形瓶中，加入50mL的蒸懼水至？6504的濃度為56g/L,加入4.76g Na2S2O8,FeSO4與Na2S2O8的摩爾比為1:0.4，25°C攪拌反應(yīng)3小時，得到聚合硫酸鐵。實施例3 以可溶性二價鐵鹽選硫酸亞鐵為例，制備聚合硫酸鐵的方法為:稱取13.QgFeSO4放置于250mL的錐形瓶中，加入50mL的蒸餾水至FeSO4的濃度為56g/L，加入9.52g Na2S2O8,FeSO4與Na2S2O8的摩爾比為1:0.8，水浴加熱至60°C攪拌反應(yīng)I小時，得到聚合硫酸鐵。實施例4以可溶性二價鐵鹽選硫酸亞鐵為例，制備聚合硫酸鐵的方法為:稱取13.QgFeSO4放置于250mL的錐形瓶中，加入50mL的蒸懼水至FeSO4的濃度為56g/L,加入1.19g Na2S2O8,FeSO4與Na2S2O8的摩爾比為1:0.1，20°C攪拌反應(yīng)4小時，得到聚合硫酸鐵。實施例5以可溶性二價鐵鹽選硫酸亞鐵為例，制備聚合硫酸鐵的方法為:稱取13.9g FeSO4放置于250mL的錐形瓶中，加入50mL的蒸懼水至FeSO4的濃度為56g/L,加入11.9g Na2S2O8,FeSO4與Na2S2O8的摩爾比為1:1.0，85°C攪拌反應(yīng)0.5小時，得到聚合硫酸鐵。實施例6在上述實施例1 5中，稱取FeSO4放置于250mL的錐形瓶中，加入蒸餾水溶解，滴加適量硫酸或鹽酸調(diào)整溶液的PH值為5，加入Na2S2O8,攪拌反應(yīng)，其它的操作與相應(yīng)實施例相同，得到聚合硫酸鐵。實施例7在上述實施例1 5中，稱取FeSO4放置于250mL的錐形瓶中，加入蒸餾水溶解，滴加適量硫酸或鹽酸調(diào)整溶液的PH值為3，加入Na2S2O8,攪拌反應(yīng)，其它的操作與相應(yīng)實施例相同，得到聚合硫酸鐵。
實施例8在上述實施例1 5中，稱取FeSO4放置于250mL的錐形瓶中，加入蒸餾水溶解，滴加適量硫酸或鹽酸調(diào)整溶液的PH值為7，加入Na2S2O8,攪拌反應(yīng)，其它的操作與相應(yīng)實施例相同，得到聚合硫酸鐵。實施例9在上述實施例1 8中，所用原料FeSO4可以用等摩爾量的FeCl2或者Fe (NO3)2來替換，其它的原料、操作及工藝條件與相應(yīng)實施例相同。實施例10在上述實施例1 8中，所用原料Na2S2O8可以用等摩爾量的K2S2O8來替換，其它的原料、操作及工藝條件與相應(yīng)實施例相同。為了驗證本發(fā)明的最佳工藝條件，發(fā)明人進行了大量的實驗驗證，通過正交實驗對氧化劑的投加量，溫度，時間以及PH等參數(shù)進行優(yōu)化，將所制得的聚合硫酸鐵(PFS)對同一濁度廢水進行處理，觀察其各自對濁度的去除率的變化，具體如下:I)氧化劑的投加量稱取13.9g硫酸亞鐵，加入250mL錐形瓶中，加入蒸餾水50mL，濃硫酸2滴，振蕩使得硫酸亞鐵完全溶解后溶液為綠色，加入不同量的過硫酸鈉，置于65°C水浴中，開啟攪拌器，以200r/min的速度勻速攪拌，2h后測其對同一濁度的廢水的去濁率，確定氧化劑的最佳投加量，見圖1。由圖1可知，在相同條件下，不同過硫酸鈉投加量所制備的聚合硫酸鐵對濁度去除率也不相同，Na2S2O8·W 4.76g增加至7.14g時，所制得聚合硫酸鐵對濁度的去除率有明顯的增加,但當增加至9.52g時，聚合硫酸鐵對濁度的去除率反而有所下降，同時也大大增加了該產(chǎn)品的經(jīng)濟成本，因此可以確定氧化劑過硫酸鈉的最佳投加量為7.Hg。2)反應(yīng)溫度稱取13.9g硫酸亞鐵，加入250mL錐形瓶中，加入蒸餾水50mL，濃硫酸2滴，振蕩使得硫酸亞鐵完全溶解后溶液為綠色，加入7.14g過硫酸鈉，放入65°C水浴中，開啟攪拌器，以200r/min的速度勻速攪拌，2h后測其對同一濁度的廢水的去濁率，確定最佳反應(yīng)溫度，見圖2。由圖2可知，在相同條件下，僅改變反應(yīng)溫度，所制備的聚合硫酸鐵的去濁率也隨之變化，其對濁度的去除率隨反應(yīng)溫度的增加而增加，但當其增加至65°C基本達到最高值，因此可以確定最佳反應(yīng)溫度為65°C。3)反應(yīng)時間稱取13.9g硫酸亞鐵，加入250mL錐形瓶中，加入蒸餾水50mL，濃硫酸2滴，振蕩使得硫酸亞鐵完全溶解后溶液為綠色，加入7.14g過硫酸鈉，放入65°C水浴中，開啟攪拌器，以200r/min的速度勻速攪拌,于不同時間取樣測其對同一池度的廢水的去池率,確定最佳反應(yīng)時間，見圖3。由圖3可知，在相同條件下，僅改變反應(yīng)時間，所制備的聚合硫酸鐵的去濁率也隨之變化，反應(yīng)時間由Ih增至2h時，所制備的聚合硫酸鐵對濁度的去除率有明顯的增加，但當反應(yīng)時間延長至3h時，對濁度的去除率基本不變，因此可以確定最佳反應(yīng)時間為2h。綜上所述，通過上述的單因素實驗得出用過硫酸鈉制備聚合硫酸鐵的最佳方案為=FeSO4.7H20 =Na2S2O8=1:0.6 (摩爾比)，溫度為65°C，反應(yīng)時間為2h?，F(xiàn)對按照實施例1的方法所制備的聚合硫酸鐵(PFS)產(chǎn)品，按照標準“GB14591-2006水處理劑聚合硫酸鐵”的規(guī)定檢測其性能，并與國標進行比較，結(jié)果見表I。表I聚合硫酸鐵質(zhì)量指標

權(quán)利要求
1.一種聚合硫酸鐵的制備方法，其特征在于該方法是:稱取可溶性二價鐵鹽，加水至二價鐵離子的濃度為56g/L，加入過硫酸鹽至溶液中二價鐵離子與過硫酸根的摩爾比為1:0.1 1.0,20 85°C攪拌反應(yīng)0.5 4小時，得到聚合硫酸鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合硫酸鐵的制備方法，其特征在于:所述二價鐵離子與過硫酸根的摩爾比為1:0.4 0.8。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合硫酸鐵的制備方法，其特征在于:所述反應(yīng)溫度為25 65°C，反應(yīng)時間為I 3小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚合硫酸鐵的制備方法，其特征在于:所述可溶性二價鐵鹽是FeCl2、FeSO4以及Fe (NO3)2中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聚合硫酸鐵的制備方法，其特征在于:所述過硫酸鹽是Na2S2O8 或 K2S2O8。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的聚合硫酸鐵的制備方法，其特征在于:在二價鐵鹽溶于 水后向溶液中滴加硫酸或鹽酸調(diào)整pH至3 7。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚合硫酸鐵的制備方法，其是通過將一定量的二價鐵鹽溶解于水中，通過硫酸調(diào)整其pH值后水浴加熱攪拌，加入一定量的過硫酸鹽作為氧化劑氧化溶液中的Fe2+，經(jīng)水解聚合得到聚合硫酸鐵(PFS)，為聚合硫酸鐵的制備提供了一種新的方法，本發(fā)明的方法工藝簡單且所制備的聚合硫酸鐵混凝劑的混凝效果好，濁度去除率高，可達94.6%，而且所制備的聚合硫酸鐵混凝劑的各項指標均符合GB14591-2006水處理劑聚合硫酸鐵的要求，此外本方法所需投加硫酸亞鐵用量少，氧化劑過硫酸鈉的投加速度易于控制，使得二價鐵被充分氧化，且操作工藝簡單，無腐蝕性，pH適用范圍廣，成本低，性能好，具有很良好的市場前景。
文檔編號C02F1/52GK103241779SQ20131021535
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月31日
發(fā)明者劉轉(zhuǎn)年, 王貴榮, 王藝 申請人:西安科技大學(xué)