一種聚合醋酸鐵及其製備方法、應用與流程
2023-05-07 03:59:01
本發明涉及水處理劑技術領域，尤其涉及一種聚合醋酸鐵及其製備方法、應用。
背景技術：
由於城鎮化、工業化以及農業化的飛速發展，大量的含磷物質排入水體。雖然磷元素對生態系統是有利的，但淡水中過量的含磷化合物被藻類和植物吸收後，引起藻類和植物的瘋長，破壞了水體的有機質的平衡，水質惡化而造成環境汙染及產生水體的富營養化現象。為了防止水體的富營養化現象，很多的國家對排放入水體磷的含量的限制有嚴格的規定，因此近幾十年來圍繞磷去除的研究很多。降低廢水中的磷含量的工藝主要有物理、化學和生物等工藝，在這些處理方法中，絮凝法由於具有簡單、低成本以及對環境影響比較小等優點而成為廢水處理工藝中最重要、最普遍的化學處理工藝。因此，很多的研究是圍繞改進絮凝工藝開展的，其中用得較多的絮凝劑是鋁和鐵的絮凝劑。而鋁的絮凝劑使用的尤為廣泛，但鋁絮凝劑對人體健康有潛在的危害，因此目前傾向於使用鐵絮凝劑，近來很多的研究者對鐵絮凝劑開展了廣泛的研究，但較多都是聚合硫酸鐵(zouboulis，a.i.，moussas，p.a.，2008.polyferricsulphate：preparation，characterizationandapplicationincoagulationexperiments[j].j.hazard.mater.155：459-468.)和聚合氯化鐵(chen，t.gao，b.y.，q.y.yue，2010.effectofdosingmethodandphoncolorremovalperformanceandfl℃aggregationofpolyferricchloride–polyaminedual-coagulantinsyntheticdyeingwastewatertreatment[j].colloidssurf.a，355，121–129.)等。由於聚合硫酸鐵及聚合氯化鐵中帶有硫酸根離子及氯離子等，因此在使用的過程中也產生了不同的問題，如氯離子會引起汙染等，不僅會對鋼鐵結構的有腐蝕，而且對混凝土結構的也產生腐蝕；硫酸根離子也會對其他的材料產生腐蝕。
技術實現要素：
基於背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種聚合醋酸鐵及其製備方法、應用，通過採用醋酸代替硫酸、鹽酸來製備聚合鐵的絮凝劑，相對於硫酸根離子及氯離子引起的腐蝕而言，聚合鐵中含有反離子醋酸根離子引起的腐蝕性相對較小，而且處理含磷廢水時脫磷率和去濁率高。
本發明提出的一種聚合醋酸鐵的製備方法，包括如下步驟：室溫下將硫酸亞鐵或七水硫酸亞鐵溶於水中得到硫酸亞鐵溶液，依次加入冰醋酸和氧化劑混合均勻得到混合溶液，接著進行水浴處理，去除雜質離子，得到紅褐色液體產物，然後乾燥得到固體聚合醋酸鐵。
優選地，硫酸亞鐵溶液中亞鐵離子濃度為1.80～1.90mol/l。
優選地，混合溶液中，亞鐵離子和醋酸的摩爾比為1：3.5～4.5，亞鐵離子和氧化劑的摩爾比為5.5～5.6：1。
優選地，氧化劑為氯酸鉀、氯酸鈉、雙氧水中的一種或兩種以上組合物。
優選地，水浴處理的溫度為50～70℃，水浴處理的時間為5～7h。
優選地，乾燥溫度為48～52℃。
本發明還提出的一種聚合醋酸鐵，採用上述聚合醋酸鐵的製備方法製得。
優選地，其具有簇狀和層狀的三維結構。
本發明還提出的上述聚合醋酸鐵用於處理含磷廢水的應用。
本發明與現有技術相比，具有以下有益效果：
(1)本發明以醋酸作為酸度控制劑，避免了使用硫酸、鹽酸等引入的硫酸根離子及氯離子等對設備的腐蝕，同時醋酸根離子作為反離子引入使得水處理劑聚合醋酸鐵形成含有-oh、fe-o、c-c、-coo等基團的簇狀和層狀的三維結構，絮凝性能大大提高；
(2)我國的鈦白粉廠每年產生大量的副產物七水硫酸亞鐵，使本發明生產成本低廉；
(3)本發明所得聚合醋酸鐵具有很強的電性中和、網捕及吸附橋連的能力，對含磷廢水的去濁率可達95％以上，去磷率可達93％以上。
附圖說明
圖1為本發明實施例1所得聚合醋酸鐵的掃描電鏡圖。
圖2為本發明實施例1所得聚合醋酸鐵的紅外光譜圖。
圖3為本發明實施例1-3在不同反應溫度所得聚合醋酸鐵的去濁率和去磷率比較圖。
圖4為本發明實施例1、4、5在不同反應時間所得聚合醋酸鐵的去濁率和去磷率比較圖。
圖5為本發明實施例1、6、7在不同亞鐵離子和醋酸的摩爾比所得聚合醋酸鐵的去濁率和去磷率比較圖。
圖6為本發明實施例8所得聚合醋酸鐵在不同沉降時間的去濁率和去磷率比較圖。
具體實施方式
下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
實施例1
室溫(15-25℃)條件下，將硫酸亞鐵或七水硫酸亞鐵溶於水中得到硫酸亞鐵溶液，其中亞鐵離子濃度為1.80mol/l；持續攪拌過程中依次加入冰醋酸和氯酸鉀混合均勻得到混合溶液，其中亞鐵離子和醋酸的摩爾比為1：4.0，鐵離子和氯酸鉀摩爾比為5.6：1；接著置於溫度為60℃的恆溫水浴鍋中反應6h，去除雜質離子得到紅褐色的液體產物聚合醋酸鐵。
將實施例1所得液體產物在50℃烘乾，將製得樣品的形貌特徵採用型號su1510掃描電子顯微鏡(sem)和島津nicolet-380傅立葉紅外光譜儀進行分析。
圖1為實施例1所得聚合醋酸鐵的sem照片，可以看出，聚合醋酸鐵顯示簇狀和層狀的形貌特徵。
圖2為實施例1所得聚合醋酸鐵的紅外光譜圖，可以看出，紅外吸收峰明顯存在-oh、fe-o、c-c、-coo等基團。
將上述聚合醋酸鐵用於處理含磷濃度為6mg/l的廢水，廢水的ph為7.76，絮凝劑用量為24mg/l，以250r/min快速攪拌2min，再以60r/min慢速攪拌15min，沉降20min。其去濁率為98.2％，去磷率為95.9％。
實施例2
室溫(15-25℃)條件下，將硫酸亞鐵或七水硫酸亞鐵溶於水中得到硫酸亞鐵溶液，其中亞鐵離子濃度為1.90mol/l；持續攪拌過程中依次加入冰醋酸和氯酸鉀混合均勻得到混合溶液，其中亞鐵離子和醋酸的摩爾比為1：4.0，鐵離子和氯酸鉀摩爾比為5.5：1；接著置於溫度為50℃的恆溫水浴鍋中反應6h，去除雜質離子得到紅褐色的液體產物聚合醋酸鐵。
將上述聚合醋酸鐵用於處理含磷濃度為6mg/l的廢水，廢水的ph為7.76，絮凝劑用量為24mg/l，以250r/min快速攪拌2min，再以60r/min慢速攪拌15min，沉降20min。其去濁率為96.6％，去磷率為94.3％。
實施例3
室溫(15-25℃)條件下，將硫酸亞鐵或七水硫酸亞鐵溶於水中得到硫酸亞鐵溶液，其中亞鐵離子濃度為1.85mol/l；持續攪拌過程中依次加入冰醋酸和氯酸鉀混合均勻得到混合溶液，其中亞鐵離子和醋酸的摩爾比為1：4.0，鐵離子和氯酸鉀摩爾比為5.55：1；接著置於溫度為70℃的恆溫水浴鍋中反應6h，去除雜質離子得到紅褐色的液體產物聚合醋酸鐵。
將上述聚合醋酸鐵用於處理含磷濃度為6mg/l的廢水，廢水的ph為7.76，絮凝劑用量為24mg/l，以250r/min快速攪拌2min，再以60r/min慢速攪拌15min，沉降20min。其去濁率為96％，去磷率為93.7％。
實施例4
室溫(15-25℃)條件下，將硫酸亞鐵或七水硫酸亞鐵溶於水中得到硫酸亞鐵溶液，其中亞鐵離子濃度為1.82mol/l；持續攪拌過程中依次加入冰醋酸和氯酸鉀混合均勻得到混合溶液，其中亞鐵離子和醋酸的摩爾比為1：4.0，鐵離子和氯酸鉀摩爾比為5.58：1；接著置於溫度為60℃的恆溫水浴鍋中反應5h，去除雜質離子得到紅褐色的液體產物聚合醋酸鐵。
將上述聚合醋酸鐵用於處理含磷濃度為6mg/l的廢水，廢水的ph為7.76，絮凝劑用量為24mg/l，以250r/min快速攪拌2min，再以60r/min慢速攪拌15min，沉降20min。其去濁率為96.6％，去磷率為94.3％。
實施例5
室溫(15-25℃)條件下，將硫酸亞鐵或七水硫酸亞鐵溶於水中得到硫酸亞鐵溶液，其中亞鐵離子濃度為1.88mol/l；持續攪拌過程中依次加入冰醋酸和氯酸鉀混合均勻得到混合溶液，其中亞鐵離子和醋酸的摩爾比為1：4.0，鐵離子和氯酸鉀摩爾比為5.52：1；接著置於溫度為60℃的恆溫水浴鍋中反應7h，去除雜質離子得到紅褐色的液體產物聚合醋酸鐵。
將上述聚合醋酸鐵用於處理含磷濃度為6mg/l的廢水，廢水的ph為7.76，絮凝劑用量為24mg/l，以250r/min快速攪拌2min，再以60r/min慢速攪拌15min，沉降20min。其去濁率為96.4％，去磷率為94.1％。
實施例6
室溫(15-25℃)條件下，將硫酸亞鐵或七水硫酸亞鐵溶於水中得到硫酸亞鐵溶液，其中亞鐵離子濃度為1.84mol/l；持續攪拌過程中依次加入冰醋酸和氯酸鉀混合均勻得到混合溶液，其中亞鐵離子和醋酸的摩爾比為1：3.5，鐵離子和氯酸鉀摩爾比為5.56：1；接著置於溫度為60℃的恆溫水浴鍋中反應6h，去除雜質離子得到紅褐色的液體產物聚合醋酸鐵。
將上述聚合醋酸鐵用於處理含磷濃度為6mg/l的廢水，廢水的ph為7.76，絮凝劑用量為24mg/l，以250r/min快速攪拌2min，再以60r/min慢速攪拌15min，沉降20min。其去濁率為97.3％，去磷率為95％。
實施例7
室溫(15-25℃)條件下，將硫酸亞鐵或七水硫酸亞鐵溶於水中得到硫酸亞鐵溶液，其中亞鐵離子濃度為1.86mol/l；持續攪拌過程中依次加入冰醋酸和氯酸鉀混合均勻得到混合溶液，其中亞鐵離子和醋酸的摩爾比為1：4.5，鐵離子和氯酸鉀摩爾比為5.54：1；接著置於溫度為60℃的恆溫水浴鍋中反應6h，去除雜質離子得到紅褐色的液體產物聚合醋酸鐵。
將上述聚合醋酸鐵用於處理含磷濃度為6mg/l的廢水，廢水的ph為7.76，絮凝劑用量為24mg/l，以250r/min快速攪拌2min，再以60r/min慢速攪拌15min，沉降20min。其去濁率為96.6％，去磷率為94.3％。
實施例8
室溫(15-25℃)條件下，將硫酸亞鐵或七水硫酸亞鐵溶於水中得到硫酸亞鐵溶液，其中亞鐵離子濃度為1.85mol/l；持續攪拌過程中依次加入冰醋酸和氯酸鉀混合均勻得到混合溶液，其中亞鐵離子和醋酸的摩爾比為1：4.0，鐵離子和氯酸鉀摩爾比為5.55：1；接著置於溫度為60℃的恆溫水浴鍋中反應6h，去除雜質離子得到紅褐色的液體產物聚合醋酸鐵。
將上述聚合醋酸鐵用於處理含磷濃度為6mg/l的廢水，廢水的ph為7.76，絮凝劑用量為24mg/l，以250r/min快速攪拌2min，再以60r/min慢速攪拌15min，沉降時間為50min。其去濁率為95.9％，去磷率為94.2％。(結果見圖6)
採用實施例1-3所得聚合醋酸鐵處理含磷濃度為6mg/l的廢水，將其去濁率和去磷率進行比較，如圖3所示，可知：在相同反應時間及相同亞鐵離子和醋酸的摩爾比下，反應溫度為60℃時，本發明所得聚合醋酸鐵的去濁率和去磷率最高。
採用實施例1、4、5所得聚合醋酸鐵處理含磷濃度為6mg/l的廢水，將其去濁率和去磷率進行比較，如圖4所示，可知：在相同反應溫度及亞鐵離子和醋酸的摩爾比下，反應時間為6h時，本發明所得聚合醋酸鐵的去濁率和去磷率最高。
採用實施例1、6、7所得聚合醋酸鐵處理含磷濃度為6mg/l的廢水，將其去濁率和去磷率進行比較，如圖5所示，可知：在相同反應溫度和反應時間下，亞鐵離子和醋酸的摩爾比為1：4時，本發明所得聚合醋酸鐵的去濁率和去磷率最高。
採用實施例8所得聚合醋酸鐵處理含磷濃度為6mg/l的廢水，將其不同沉降時間的去濁率和去磷率進行比較，如圖6所示，可知：隨著沉降時間不斷延長，去磷率不斷升高，而去濁率升高至99％後，去濁率的增速趨近於0。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。