聚合硫酸鐵的制備方法:
1、直接氧化法
直接氧化法,即用H2O2、KClO3、NaClO、HNO3、O2等強(qiáng)氧化劑,控制H2SO4:FeSO4<1:2,由硫酸亞鐵溶液經(jīng)氧化、水解、聚合而制得聚合硫酸鐵。
雙氧水氧化法是按照生產(chǎn)量和所需的鹽基度,在反應(yīng)釜中加入硫酸亞鐵、硫酸和水,混合攪拌,當(dāng)溫度升高到一定值時(shí)在釜底緩慢加入H2O2,待亞鐵離子濃度降至規(guī)定值時(shí),停止反應(yīng)。氯酸鉀(鈉)氧化法是將硫酸、硫酸亞鐵和水按比例加入反應(yīng)釜中,在常溫或稍高溫度下,攪拌加入氯酸鉀(鈉),待亞鐵離子濃度降至規(guī)定值即可結(jié)束反應(yīng)。硝酸氧化法是以工業(yè)硫酸亞鐵為原料,先以工業(yè)硫酸酸化再以工業(yè)濃硝酸氧化。氧氣氧化法是按照一定的物料配比,在一定的壓力下,攪拌通入充足的空氣或氧氣,控制反應(yīng)周期,使其氧化、水解、聚合而得聚合硫酸鐵。
2、催化氧化法
工業(yè)生產(chǎn)聚合硫酸鐵多采用催化氧化法,即以硫酸亞鐵和硫酸為原料,在催化劑(主要用NaNO2)的作用下,利用氧化劑使硫酸亞鐵在酸性介質(zhì)中被氧化成三價(jià)鐵離子,然后用氫氧化鈉中和,調(diào)整堿化度進(jìn)行水解,最終聚合制得聚合硫酸鐵。其制備原理如下:
催化氧化反應(yīng)(慢反應(yīng)):
2FeSO4+H2O+1/2O2→Fe2(SO4)3+H2O
水解反應(yīng)(快反應(yīng)):
Fe2(SO4)3+nH2O→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+n/2H2SO4
其中:n≤2
聚合反應(yīng)(快反應(yīng)):
m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m
其中:n≤2,m≥f(n)
催化劑作用如下:
2NO+O2→2NO2
2FeSO4+NO2+H2SO4→Fe2(SO4)3+NO+H2O
Fe2(SO4)3+nNaOH→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+n/2Na2SO4
m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m
其中:n≤2,m≥f(n)
副反應(yīng):3NO2+H2O=2HNO3+NO
2.3 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(diǎn)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加入到FeSO4溶液中,可制得粒徑0.2-0.7nm的固體聚合硫酸鐵。
2.4 兩步氧化法
兩步氧化法是催化氧化法和直接氧化法的結(jié)合。以鍍鋅鐵絲廠(chǎng)的酸洗液為例:在酸洗液中投加廢鐵屑,降低殘酸量。通過(guò)分析檢測(cè)FeSO4與H2SO4的含量,調(diào)整n(SO4)/n(Fe)值,通入空氣,加入計(jì)量的MnO2,在65℃時(shí)反應(yīng)3h,降溫至40℃,加入NaNO2繼續(xù)反應(yīng)6h,然后熟化24h以上,以置換出重金屬。產(chǎn)品先經(jīng)粗濾,并在溶液中加適量(0.5%-0.8%)的聚丙烯酰胺,再靜置48h,細(xì)濾,即得紅褐色聚合硫酸鐵產(chǎn)品。
2.5 其它制備方法
工業(yè)生產(chǎn)中還有其它制備PFS的方法。如日本曾在硫酸的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,將硫鐵礦粉碎,在高溫空氣中氧化,使其生成SO2;同時(shí),還生成含有Fe2O3的礦灰,向這種礦灰中加入一定量的硫酸,在適宜溫度下反應(yīng),過(guò)濾除去固體物,濾液便可制得液體聚合硫酸鐵產(chǎn)品。
中國(guó)也有專(zhuān)利報(bào)道,用酸溶解鐵礦石(主要含F(xiàn)e3O4)后,調(diào)整硫酸與鐵離子的摩爾比,在稍高溫度下,借助催化劑經(jīng)氧化、水解、聚合可制得聚合硫酸鐵。
張敬東等提出了微生物氧化法。硫鐵礦(FeS2)先自然氧化為FeSO4,生成的亞鐵離子經(jīng)氧化亞鐵桿菌作用,生成三價(jià)鐵離子,然后FeS2和Fe2(SO4)3發(fā)生反應(yīng),生成的硫磺經(jīng)氧化硫桿菌作用轉(zhuǎn)化為硫酸,如此循環(huán)反應(yīng),最終FeS2被氧化為Fe2(SO4)3,再經(jīng)水解、聚合可制得聚合硫酸鐵。
方莉等提出了一種人工強(qiáng)制合成高聚合度聚合硫酸鐵的工藝。在各種鐵的氯鹽溶液中,高速攪拌下加入碳酸鈉聚合劑,反應(yīng)3.5h左右,生成膠狀絮凝劑,干燥,即制得固體聚合硫酸鐵產(chǎn)品。
吳濟(jì)華采用固相配位化學(xué)工藝制備了聚合硫酸鐵。以硫酸亞鐵為原料,在催化劑作用下,攪拌混合氧化,然后加入一定量硫酸聚合,制得分子式為Fe2mOn(SO4)3m-n(m<n<1)的凈水劑。該產(chǎn)品絮體形成快,對(duì)pH值、水溫適應(yīng)性強(qiáng),腐蝕性低,吸水性好,能有效去除水中的金屬離子。