聚合硫酸铁絮凝剂的制备及应用研究进展_王艳

化学与生物工程2011,Vol.28No.2综述专论Chemistry&Bioengineering1基金项目:陕西省科技厅资助项目(07B24,2010JK409),陕西省重点实验室重点科学研究项目(2003JS018),宝鸡文理学院科研基金资助项目(zk10131)收稿日期:2010-11-09作者简介:王艳(1983-),女,陕西蒲城人,硕士,讲师,研究方向:废水处理。E-mail:wangyan7144279@163.com。doi:10.3969/j.issn.1672-5425.2011.02.001聚合硫酸铁絮凝剂的制备及应用研究进展王艳(宝鸡文理学院应用化学研究所,陕西宝鸡721013)摘要:阐述了聚合硫酸铁絮凝剂的发展概况及作用原理,综述了聚合硫酸铁絮凝剂的制备方法及其在水处理领域的应用,并对其发展前景进行了展望。关键词:聚合硫酸铁絮凝剂;制备;水处理中图分类号:TQ314.253文献标识码:A文章编号:1672-5425(2011)02-0001-03铁盐和铝盐都是传统无机盐类絮凝剂,具有相似的水解—聚合行为。对铁盐水解过程的研究表明,铁离子的稳定溶胶也能通过加碱方式制备。日本三上八州家等研究开发了聚合硫酸铁(PFS),于1974年申请了首个专利,20世纪80年代在水处理中得到广泛应用,取得了良好的效果[1]。PFS是在硫酸铁分子族的网状结构中插入羟基后形成的一种无机高分子絮凝剂,可有效去除水中的悬浮物、有机物、硫化物、亚硝酸盐、胶体及金属离子。PFS具有除臭、破乳及污泥脱水等功能,对浮游微生物也有较好的去除作用。PFS处理含油污水的效果远比硫酸亚铁显著,且对金属设备的腐蚀性较小,但产生的污泥量较多、出水带色。张仲燕曾用PFS处理机械加工中排放的O/W型乳化废液,取得了良好的破乳效果。以硫酸烧渣、钢铁表面处理酸洗液中的硫酸亚铁为原料制备的PFS能有效处理东北地区的低温低浊水,处理后的pH值基本无变化,COD值和浊度去除率达95%以上,既能以废治废又能保护环境。1聚合硫酸铁的作用原理PFS也称碱式硫酸铁或羟基硫酸铁,分子式一般可表示为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m,是硫酸铁在水解絮凝过程中的中间产物之一。液体聚合硫酸铁本身含有大量的聚合阳离子,如[Fe3(OH)4]5+、[Fe6(OH)12]6+、[Fe4O(OH)4]6+等,其在水溶液中存在着[Fe(H2O)6]3+、[Fe2(H2O)3]3+、[Fe(H2O)2]3+等络合阳离子。它们通过羟基(OH)架桥形成多核络离子,从而形成巨大的无机高分子化合物,相对分子量高达1×105。由于上述络合离子的存在,PFS能够强烈地吸附胶体微粒,通过粘附、架桥、交联促使微粒絮凝。同时伴随一系列的物理、化学变化,可中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷,降低胶体的Zeta电位,从而破坏胶团的稳定性,使胶团微粒相互碰撞而形成絮状沉淀物。这种絮状沉淀物表面积很大,极具吸附能力[2]。由于PFS的这种既可吸附又可脱稳、既有粘附又有架桥的作用,使之成为性能优越的无机高分子絮凝剂。2聚合硫酸铁的制备方法2.1直接氧化法直接氧化法,即用H2O2、KClO3、NaClO、HNO3、O2等强氧化剂,控制H2SO4∶FeSO4<1∶2,由硫酸亚铁溶液经氧化、水解、聚合而制得PFS[3]。双氧水氧化法是按照生产量和所需的盐基度,在反应釜中加入硫酸亚铁、硫酸和水,混合搅拌,当温度升高到一定值时在釜底缓慢加入H2O2,待亚铁离子浓度降至规定值时,停止反应。氯酸钾(钠)氧化法是将硫酸、硫酸亚铁和水按比例加入反应釜中,在常温或稍高温度下,搅拌加入氯酸钾(钠),待亚铁离子浓度降至规定值即可结束反应。硝酸氧化法是以工业硫酸亚王艳:聚合硫酸铁絮凝剂的制备及应用研究进展/2011年第2期2铁为原料,先以工业硫酸酸化再以工业浓硝酸氧化。氧气氧化法是按照一定的物料配比,在一定的压力下,搅拌通入充足的空气或氧气,控制反应周期,使其氧化、水解、聚合而得PFS。2.2催化氧化法工业生产PFS多采用催化氧化法,即以硫酸亚铁和硫酸为原料,在催化剂(主要用NaNO2)的作用下,利用氧化剂使硫酸亚铁在酸性介质中被氧化成三价铁离子,然后用氢氧化钠中和,调整碱化度进行水解,最终聚合制得PFS。其制备原理如下:催化氧化反应(慢反应):2FeSO4+H2SO4+12O2※Fe2(SO4)3+H2O水解反应(快反应):Fe2(SO4)3+nH2O※Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+n2H2SO4其中:n≤2聚合反应(快反应):m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]※[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m其中:n≤2,m≥f(n)催化剂作用如下:2NO+O2※2NO22FeSO4+NO2+H2SO4※Fe2(SO4)3+