实验四-无机混凝剂的制备.doc

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1、华南师范大学实验报告实验四无机混凝剂的制备一、前言聚合硫酸铁(PFS)也称碱式硫酸铁或羟基硫酸铁,是一种无机高分子絮凝剂。与其他絮凝剂如三氯化铁,硫酸铝,氯化硫酸铁，碱式氯化铝等相比，聚合硫酸铁生产成本低、投加量少、适用PＨ范围广、杂质（浊度、COD、悬浮物等）去除率高、残留物浓度低、沉降速度快、脱色效果好，因而广泛应用于工业废水,城市污水,工业用水以及生活饮用水的净化处理。聚合硫酸铁(PFS)的生产方法多种多样，根据使用的氧化剂,可将制备方法大致分为空气氧化法、硝酸氧化法、氯酸盐和双氧水氧化法。但无论是哪种氧化剂，都

2、是经过氧化、水解、聚合制得聚合硫酸铁(PFS)。[1]本文用双氧水、氯酸钠为氧化剂，直接氧化七水合硫酸亚铁合成聚合硫酸铁。利用本法生产聚合硫酸铁,设备简单、生产周期短、无污染、反应不用催化剂、产品不含杂质、稳定性高，对工业化生产具有一定的指导作用。以下综述了聚合硫酸铁的制备方法及其优缺点，同时对聚合硫酸铁的改性进展进行了阐述，对聚合硫酸铁进行改性以进一步提高其絮凝性能仍将是目前急待攻克的课题。1.液体聚合硫酸铁的制备聚合硫酸铁的制备一般要经过氧化、水解、聚合三个基本过程。制备聚合硫酸铁的原料很多，目前，普遍采用绿矾和亚

3、铁盐溶液，主要来自钛白粉生产的副产品绿矾和废酸，此外还可以用铁矿石为原料来制备，包括赤铁矿、磁铁矿、硫铁矿烧渣等。由于PFS可利用含铁废渣或废液与含酸废液合成，以废治废，具有环境效益、社会效益和经济效益。根据氧化方式的不同，PFS的制备方法可以分为直接氧化法和催化氧化法。（1）直接氧化法直接氧化法使用的氧化剂主要有H2O2、Cl2、NaClO3、KClO3等无机氧化剂，直接氧化法反应速度快，反应进行彻底，产品质量好，但由于使用了昂贵的氧化剂，因此，产品成本较高。（2）催化氧化法以空气或氧气为氧化剂，在催化剂的作用下，在

4、酸性的环境中Fe（Ⅱ）被氧化成Fe（Ⅲ）。O2是一种强氧化剂，其在酸性环境中氧化还原标准电极电位为1.229V大于E=+0.771V，从热力学上看可以将Fe2+氧化为Fe3+，但氧化速度非常缓慢。在实际生产中难以单独实现Fe2+的完全氧化，为了加快这个反应速度，必须要加入催化剂。常用的催化剂主要是氮氧化物，如NaNO2、HNO3。2.固体聚合硫酸铁（SPSF）的制备固体聚铁贮存方便，便于运输，因此，对SPSF的需求越来越大。SPSF的制备有两种方法：（1）先制得液体产品，然后采用减压蒸发技术获得固体产品；（2）采用固态

5、氧化法，该法是先将硫酸亚铁晶体在60~100℃下脱去部分水分，然后将脱去大部分结晶水的Fe2（SO4）3在120~250℃之间的温度下，通入空气或O2令其氧化成碱式硫酸铁，在氧化过程中控制SO42-和Fe3+的摩尔比在1.05~1.45之间，以制得合格的SPSF。一、实验部分1.实验目的①了解混凝剂在水处理中重要作用，混凝剂的种类与制备方法。②掌握合成无机混凝剂的操作技术。③学会通过金属含量、碱化度、Zeta电位的测定，评价混凝剂的水处理产品稳定性和混凝性能。2.实验原理（1）制备原理本实验是采用工业副产品废硫酸亚铁和

6、废酸等为原料制备混凝剂聚合硫酸铁溶液。采用直接氧化法，即用强氧化剂过氧化氢、氯酸钠等，直接氧化硫酸亚铁的硫酸水溶液而制得产品。反应过程中，一方面，铁盐在水溶液中会发生水解生成碱式铁盐；另一方面，亚铁盐在足量的硫酸溶液中被氧化时，会生成铁盐。这样，当亚铁盐的硫酸溶液中硫酸的量不足时，氧化的最终将会发生水解，在硫酸亚铁和硫酸的比例合适的情况下，同时还发生聚合，形成高分子的碱式铁盐，即聚合硫酸铁。为了防止形成碱式铁盐沉淀，总硫酸根与总铁的摩尔的比以1.25~1.45为佳。硫酸铁聚合过程极其复杂，一般认为聚合过程分为三个大步骤

7、。①氧化过程即二价铁在氧化剂作用下被氧化为三价铁，这是聚合过程中比较复杂的一步，目前采取的氧化剂种类很多，显然采取不同的氧化剂对氧化过程的影响是不一样的。①水解过程水解是三价铁离子和氢氧根离子相互结合的过程，这是极其重要的一步，氢氧根结合越多，则聚合度就越高，絮凝效果也就越好，产品质量越高。由于氢氧化铁溶度积非常小，在溶液中很容易沉淀，在水解过程中应当限制该反应的发生。②聚合过程（2）碱化度碱化度又称为盐基度，它表示羟基在物质分子中所占的比例，它是关系到产品稳定性和混凝性能的重要技术指标。碱化度测定一般采用酸碱中和滴定

8、，这样核心问题便是如何掩蔽三价铁离子。氟化物可与铁离子生成稳定性很好的六氟合铁络合物沉淀，氟化钾是最合适的掩蔽剂。碱化度的计算：X=[（V0—V）C*0.017/1*10-3CFe]*100%=[17C(V0—V)/CFe]*100%式中：C——标准氢氧化钠溶液浓度，mol/LV0、V——空白试验和水样试验标准氢氧化钠溶液的体积，