一種聚合硫酸鐵的合成方法
2023-05-09 09:17:46
專利名稱：一種聚合硫酸鐵的合成方法
技術領域：
本發明涉及一種聚合硫酸鐵(即PFS)的生產方法。
背景技術：
聚合硫酸鐵(PFS)是一種性能優越的無機高分子混凝劑，它是在鐵分子簇的網絡結構中引入羥基，以OH-架橋形成多核絡離子；PFS具有優良的凝聚性能及去除水中BOD、COD和重金屬的能力，絮體沉降速度快，且能降低亞硝氮的含量，目前，PFS已作為優良淨水劑而被廣泛應用在水處理技術領域。現有技術中生產PFS是以硫酸亞鐵、硫酸或硫酸酸洗液為原料，並大多採用亞硝酸鈉為催化劑，將它們加人反應釜中通以氧氣氧化，反應溫度要達100℃左右並需加壓，反應時間需4～5小時。該工藝反應溫度高，反應時間長，造成工藝能耗高，另外，亞硝酸鈉本身毒性較大，反應過程中還會有氮氧化物等廢氣產生，對環境有汙染毒害作用，因此該方法已經基本被淘汰。還有一些工藝採用其他氧化劑如高錳酸鉀或過氧化氫，但由於這些氧化劑的價格高難於形成規模生產。近年來普遍使用的直接氧化法中也出現了使用氯酸鈉來做氧化劑的方法，一定程度上減少了公害汙染，中國專利《一種聚合硫酸鐵淨水劑生產方法》(公開號為CN1101011A)提供了該方法在常壓下生產聚合硫酸鐵的技術實例，即將酸洗廢液槽內的硫酸酸洗廢液用耐酸泵通過不鏽鋼管道打入反應釜中，然後加人硫酸亞鐵和氯酸鈉。攪拌速度為150轉/分，反應溫度為50℃，反應時間為25分鐘，反應完成後流入液體產品槽，得到聚合硫酸鐵液體產品。上述方法工藝簡單，但使用氧化劑的成本仍然偏高，生產一噸聚鐵使用氧化劑的成本達到137元(氯酸鈉的價格按3800元/噸計)，由於氯酸鈉加入量偏高，生產過程中也會有含氯有毒氣體的產生，對工業生產不利。
發明內容本發明的目的是提供一種成本低、使用方便，對環境汙染少的聚合硫酸鐵的合成方法，在一定程度上減少了含氯氧化劑的使用量，製得的聚合硫酸鐵有較高的含鐵量和鹽基度。
本發明採用的技術方案如下一種聚合硫酸鐵的合成方法，將硫酸亞鐵或含硫酸亞鐵的溶液、濃硫酸、氯酸鈉以及水按順序依次放入反應器中，通入臭氧，常溫常壓下反應25～35min，得所述的聚合硫酸鐵；所述的投料質量比為硫酸亞鐵60％～70％濃硫酸6.0％～7.0％氯酸鈉1.5％～2％餘量為水；所述的臭氧的投加量為反應底物質量和的0.1～0.2wt％，所述的反應底物是指加入反應器的硫酸亞鐵、濃硫酸、氯酸鈉以及水。
優選各物質的投料質量比如下硫酸亞鐵66.7％濃硫酸6.1％氯酸鈉1.56％餘量為水。臭氧的投加量優選為反應底物質量和的0.1～0.13％，特別優選0.12％。
本發明的方法無需任何機械攪拌裝置和升溫設施。本反應中臭氧發生器的執行功率為20％。
所述的含硫酸亞鐵的溶液實踐中多為含硫酸亞鐵的酸洗廢液，較好的，當其中硫酸亞鐵的質量含量為60～70％時可直接按照本方法進行製備聚合硫酸鐵。
具體的，所述的聚合硫酸鐵的生產方法為將硫酸亞鐵或含硫酸亞鐵的酸洗廢液、濃硫酸、氯酸鈉以及水按順序依次放入反應器中，通入臭氧，臭氧投加量為反應底物質量和的0.12％，常溫常壓下反應30～35min，得所述的聚合硫酸鐵，各物質的投料質量比如下硫酸亞鐵66.7％；濃硫酸6.1％；氯酸鈉1.56％；餘量為水。
下表1為本方法製備得到聚合硫酸鐵的性能指標。
該工藝方法生產的聚合硫酸鐵各項指標均優於國家標準。
且該產品具有比普通聚鐵更為優異的除濁、除色和淨水效果，生成的絮體大且緊密，在同等條件下，所需本產品的用量約為普通聚鐵的2/3。
表1
本發明與現有技術相比，其有益效果體現在本發明所採用的原料來源廣泛，價格低廉，本身無毒、無害、無副作用，根據需要還可以對鐵含量和鹽基度進行人為的調節；反應常溫常壓下進行，不需加熱或冷卻，無三廢汙染和安全隱患；臭氧的使用提高了產品的全鐵含量和鹽基度，還明顯降低了含氯氧化劑(氯酸鈉)的使用量(原工藝方法最經濟用量為3.6％)和硫酸的使用量(原工藝方法為7.5％)，較之常規工藝，該法的生產成本僅為常規工藝的一半，生產效率高，綜合成本低，產品質量好；另外臭氧可用氧氣或空氣直接製取，無區域和來源限制，過量的臭氧在空氣中會直接還原為氧氣，無殘留，對環境無汙染。
圖1是本發明生產聚合硫酸鐵的工藝裝置圖。
具體實施例方式以下以具體實施例來說明本發明的技術方案，但本發明的保護範圍不限於此實施例1將30g硫酸亞鐵、1.5ml濃硫酸、0.7g氯酸鈉和12.5ml水依次放入反應管中，常溫常壓下通臭氧(0.04m3/h臭氧發生器執行功率為20％)充分反應30分鐘，即製成含鐵15.7％，鹽基度17.5％的聚合硫酸鐵。
實施例2將30g硫酸亞鐵、1.5ml濃硫酸、0.9g氯酸鈉和14ml水依次放入反應管中，常溫常壓下通臭氧(0.04m3/h；臭氧發生器執行功率為20％)充分反應30分鐘，即製成含鐵16.5％，鹽基度16.3％的聚合硫酸鐵。
實施例3將35g硫酸亞鐵、1.5ml濃硫酸、0.9g氯酸鈉和12.5ml水依次放入反應管中，常溫常壓下通臭氧(0.04m3/h；臭氧發生器執行功率為20％)充分反應30分鐘，即製成含鐵14.8％，鹽基度16.2％的聚合硫酸鐵。
實施例4效果實施例表2為本方法生產的聚合硫酸鐵1(聚鐵1)和普通聚合硫酸鐵2在寧波某一印染廢水處理中的實驗對比數據。
可見本發明的聚鐵在降低廢水CODCr的過程中具有更為優異的效果，值得工業推廣。
權利要求
1.一種聚合硫酸鐵的合成方法，其特徵在於所述的方法為將硫酸亞鐵或含硫酸亞鐵的溶液、濃硫酸、氯酸鈉以及水依次放入反應器中，通入臭氧，常溫常壓下反應25～35min，得所述的聚合硫酸鐵；所述的投料質量比為硫酸亞鐵60％～70％濃硫酸 6.0％～7.0％氯酸鈉 1.5％～2％餘量為水；所述臭氧的投加量為反應底物的0.1～0.2wt％。
2.如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於所述的投料質量比為硫酸亞鐵66.7％濃硫酸 6.1％氯酸鈉 1.56％餘量為水。
3.如權利要求1所述的合成方法，其特徵在於所述的臭氧的投加量為反應底物的0.1～0.13wt％。
4.如權利要求2所述的合成方法，其特徵在於所述的方法為將硫酸亞鐵或含硫酸亞鐵的溶液、濃硫酸、氯酸鈉以及水依次放入反應器中，通入臭氧，臭氧投加量為反應底物的0.1～0.13wt％，常溫常壓下反應30～35min，得所述的聚合硫酸鐵。
5.如權利要求1～4之一所述的合成方法，其特徵在於所述的含硫酸亞鐵的溶液為含硫酸亞鐵的酸洗廢液。
6.如權利要求5所述的合成方法，其特徵在於所述的酸洗廢液中硫酸亞鐵的質量含量為60～70％。
全文摘要
本發明涉及一種聚合硫酸鐵的生產方法。將硫酸亞鐵或含硫酸亞鐵的溶液、濃硫酸、氯酸鈉以及水按順序依次放入反應器中，通入臭氧，常溫常壓下反應25～35min，得聚合硫酸鐵；所述的投料質量比為硫酸亞鐵60％～70％；濃硫酸6.0％～7.0％；氯酸鈉1.5％～2％；餘量為水。所述的臭氧的投加量為反應底物質量和的0.1～0.2％。本發明原料來源廣泛，價格低廉，本身無毒、無害、無副作用，根據需要還可以對鐵含量和鹽基度進行人為的調節；反應常溫常壓下進行，不需加熱或冷卻；臭氧的使用提高了產品的全鐵含量和鹽基度，降低了氯酸鈉和硫酸的使用量，綜合成本低，生產效率高，產品質量好，比普通聚鐵除濁、除色和淨水效果更好。
文檔編號C02F1/52GK101037234SQ20071006734
公開日2007年9月19日 申請日期2007年2月14日 優先權日2007年2月14日
發明者童少平, 魏狀, 馬淳安 申請人:浙江工業大學