2022年聚合硫酸铁

精选文档精选文档..精选文档.液态硫酸聚铁的制备工艺研究PREPAREOFPOLYMERIGATEDIRONSULFATEINLIQUID学生姓名：XXX学号：XXXXXX年级专业及班级：XXXXXXXX指导老师及职称：XXXX学院：XXXXXXXX提交日期：2021年06月目录精选文档精选文档..精选文档.摘要: 1关键词： 11前言 11.1聚合硫酸铁的性质 11.2聚合硫酸铁的制备 21.3研究开发意义 62实验局部 72.1实验材料与仪器 72.1.1实验药品 72.1.2主要仪器设备 72.2实验方法 72.2.1液态聚合硫酸铁的制备 72.2.2PH值的测定 82.2.3盐基度测定 82.2.4二价铁含量的测定 82.2.5密度测定 83结果与讨论 83.1工艺条件对盐基度的影响 8精选文档精选文档..精选文档.3.1.1聚合硫酸铁制备原理 83.1.2物料比对聚合硫酸铁盐基度的影响 93.1.3温度对聚合硫酸铁盐基度的影响 103.1.4酸度对聚合硫酸铁盐基度的影响 103.1.5氧化剂参加速度对聚合硫酸铁盐基度的影响 113.1.6氧化剂用量对聚合硫酸铁盐基度的影响 113.1.7聚合反响时间对聚合硫酸铁盐基度的影响 123.1.8聚合硫酸铁经过熟化后盐基度的变化 133.1.9正交试验 133.2.0正交试验结果分析 144结论 15参考文献 15致谢 16精选文档精选文档..精选文档.精选文档精选文档..精选文档.液态硫酸聚铁的制备工艺研究学生：XXXXX指导老师：XXXXX〔XXXXXXXXXX〕摘要:聚合硫酸铁是一种新型无机高分子絮凝剂，广泛用于各种工业污水的混凝净化处理。本文采用直接氧化法制备液态硫酸聚铁，考察了氧化剂用量，氧化温度，浓硫酸用量，氧化剂参加速度,反响时间和产品稳定性等因素对聚合硫酸铁合成的影响,并制备出产品质量稳定,总铁含量和盐基度均符合行业标准和国家标准的产品。关键词：聚合硫酸铁；盐基度；絮凝性能PrepareofPolymerigatedIronSulfateInLiquidStateStudent:XXXXXXXTutorXXXXX(XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX)Abstract:PFSisanewinorganicpolymerflocculant,widelyusedinvariousindustrialwastewaterbycoagulationtreatment.Liquidpolymericferricsulfatepreparedbydirectoxidationofthisarticle,inspectedtheamountofantioxidants,oxidationtemperature,amountofconcentratedsulfuricacid,antioxidantsjoinedthespeed,responsetimeandproductstabilityinfluencefactoronthesynthesisofpolymericferricsulfate,preparationandstabilityofproductquality,totalironcontentandbasicityproductsareinlinewithindustrystandardsandnationalstandards.Keywords:PFS;basicity;flocculationperformance1前言1.1聚合硫酸铁的性质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说明,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,取得了良好的效果精选文档精选文档..精选文档.[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。聚合硫酸铁(PFS)也称碱式硫酸铁或羟基硫酸铁，其分子式一般可表示为[Fe2(OH)n(S04)3-n／2]m[2]。它是硫酸铁在水解一絮凝过程中的一个中间产物。液体聚合硫酸铁本身含有大量的聚合阳离子，如[Fe3(0H)4]5+、[Fe6(OH)12]6+、[Fe4(OH)4]6+,其在水溶液中存在着[Fe(H20)6]3+、[Fe2(H20)3]3+、[Fe(H20)2]3+等。聚合硫酸铁作为一种新型无机高分子絮凝剂，聚合硫酸铁同传统的无机盐类混凝剂相比，有以下优点：(1)絮粒(絮凝体)形成速度快，颗粒密实，比重大，沉降速度快。(2)对于各种废水中的CoD、BoD、色度及重金属均有良好的去除效果。(3)絮粒(絮凝体)同微生物的结合能力强，因而对浮游生物等微生物有良好的去除效果。(4)在应用过程中,原水水温及pH值适应范围较广。(5)能降低出水中亚硝氮及铁的含量。因具有优越的净水性能倍受水处理界的青睐，已广泛应用于各种工业废水和城市污水处理。相比传统的铝系絮凝剂而言，PFS在反响过程中无离子水相转移和残留积累，使用更方便、价格更廉价、用量更省。但现在工业上催化氧化生产PFS,由于技术落后、设备简陋,污染大。研究说明：优化制备工艺条件,并且研究出一种本钱低廉的聚合硫酸铁生产工艺有广泛的应用前景[3]。1.2聚合硫酸铁的制备 聚合硫酸铁的制备主要有直接氧化法法和催化氧化法[4]。大多数PFS的制备采用直接氧化法，此法工艺路线较简单，用于工业生产可以减少设备投资和生产环节，降低设备本钱，但这种生产工艺必须依赖于氧化剂，如：H2O2、KClO3、HNO3等无机氧化剂。催化氧化法一般是选用一种催化剂，利用氧气或空气氧化制备聚合硫酸铁。以下是制备聚合硫酸铁的具体操作方法[5,6,7,8,9]:〔1〕双氧水氧化法：双氧水(H2O2)在酸性环境中是一种强氧化剂,可以将亚铁氧化成三价铁从而制得聚合硫酸铁:2FeSO4+H2O2+(1-n/2)H2SO4—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(2-n)H2O精选文档精选文档..精选文档.制备过程中,按照生产量和所需要的盐基度,在反响釜中参加硫酸亚铁、水和硫酸混合,当温度升高到30~45℃时,在搅拌过程中,通过加料管在釜底缓慢参加H2O2。H2O2很快将亚铁氧化成三价铁,取样分析待亚铁浓度降至规定浓度时,停止反响。利用本法生产聚合硫酸铁,具有设备简单、生产周期短、反响不用催化剂、产品不含杂质、稳定性高等特点。但反响过程中,有H2O2在分解时形成O2气放出在无催化剂时,起不到氧化作用。要减少O2的产生,需要控制H2O2的投加速度制备工艺为间歇式操作,影响生产效率。H2O2本钱比较高,它增加了聚合硫酸铁的生产本钱,不利于工业化生产。〔2〕氯酸钾(钠)氧化法：氯酸钾是广泛应用于炸药和火柴工业的强氧化剂,同样可以将亚铁氧化成三价铁:6FeSO4+KClO3+3(1-n/2)H2SO4—→3Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+3(1-n)H2O+KCl制备时,将硫酸、硫酸亚铁和水按比例参加反响釜中,在常温或稍微高温度下,搅拌中参加氯酸钾。检验亚铁离子减少到规定浓度即可结束。该法生产工艺简单,设备投资少,产品稳定性好,反响效率高,无空气污染。产品中含有氯酸盐,可兼作混凝与杀菌剂。但制品中残留有较高的氯离子和氯酸根离子,不宜于饮用水处理。同时,由于氯酸钾价格昂贵,产品本钱高。〔3〕次氯酸钠氧化法：次氯酸钠属于碱性氧化剂,其氧化复原电位较高,理论上能将亚铁氧化成三价铁:2NaClO+2H2SO4—→K2SO4+2H2O+Cl2生产的氯气仍为氧化剂,可以将亚铁氧化成三价铁。但氯气会有少量以气体形式逸出而浪费掉,不能充分利用。同时也会造成环境污染,曾加后处理工序。次氯酸钠是碱性氧化剂,制备聚合硫酸铁时,为了降低pH值,H2SO4的用量较高。用该法制备的聚合硫酸铁稳定性差,不宜长期保存。〔4〕硝酸氧化法：硝酸为中强氧化剂,与亚铁反响如下:FeSO4+HNO3—→Fe(OH)SO4+NO2反响生成的NO2又可以起到氧化作用,因而HNO3的氧化效率高。该法是以工业硫酸亚铁为原料,采用工业硫酸氧化后以工业浓硝酸氧化。FeSO4:HNO3为1:(0.20~0.30):(0.10~0.32),参加水量小于以上三者总量的20%,于0.1~0.2MPa下，搅拌中通入充足的空气或氧气,于50~70℃氧化,102~103℃水解聚合而成。反映周期控制在30~60min以内。精选文档精选文档..精选文档.用HNO3氧化时,本钱比较低,反响周期短。所得产品浓度高,易于制成固体产品。假设选用工业一级品原料,所得产品可用于饮用水处理。但反响中生成的NO2,会造成环境污染,需增加专门吸收装置予以处理。综上所述,直接氧化法虽然工艺简单,操作简便,但存在氧化剂用量大,本钱高,氧化剂引入的离子需别离出去,反响中产生的有害气体需专门设备吸收处理等问题,因而难于在工业化生产中普及和应用。但实验研究中需要少量的聚合硫酸铁时采用此类方法制备简单易行。〔5〕催化氧化法:聚合硫酸铁在工业生产中多采用催化氧化法。即以硫酸亚铁及硫酸为原料,借助催化剂(NaNO2)的作用,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,聚合反响制得聚合硫酸铁。其制备原理如下:〔1〕催化氧化反响(慢反响):2FeSO4+(1/2)O2+H2SO4—→Fe2(SO4)3+H2O〔2〕水解反响(快反响):Fe2(SO4)3+H2O—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(n/2)H2SO4〔3〕聚合反响(快反响):m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]—→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m其中:n«2,m»f(n)2NO+O2—→2NO22FeSO4+H2SO4+NO2—→Fe2(SO4)3+NO+H2OFe2(SO4)3+nNaOH—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(n/2)Na2SO4m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]—→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m副反响:2NO2+HO2—→HNO2+NO此法简单易行,但尚有缺乏之处。催化剂NaNO2是致癌物质,且生产过程中投加量大,产品中的亚硝酸根离子易超标,限制了其在饮用水处理中的应用;氮的氧化物排出,污染环境,后处理工序复杂;反响速率慢,要适应大规模工业化生产，需采用改进措施。为解决上述缺乏,不少研究者提出了许多有意义的改进方法，如加温加压,改善生产工艺,添加助催化剂，配以强力搅拌,寻找更为有效且无毒的催化剂等。采用催化法生产聚合硫酸铁,虽然已进入了工业化的阶段，但在改进工艺和设备,缩短反映时间,提高生产效率，降低生产本钱和能耗等方面，仍有待科研工作者去进一步研究解决。精选文档精选文档..精选文档.(6〕氮氧化物催化氧化法:硫酸亚铁和硫酸为原料、硝酸为氧化剂的合成法与以硫酸亚铁、硫酸、氧气为原料,硝酸为催化剂的合成法的反响机理是完全不同的[10]。前者是以液体硝酸为氧化剂,复原产物NO逸出溶液,不具有任何催化作用。这种方法的特点是硝酸用量大,Fe2+完全靠硝酸中的正五价氮氧化,属于液液反响。后者是以硝酸为催化剂,其特点是在硫酸、硫酸亚铁和水的混合液中参加少量的硝酸,复原产物NO再与O2反响,生成NO2,NO2再氧化Fe2+,如此循环,直至Fe2+被完全氧化为止。该方法是一种气液反响。最近,美国也有利用类似原理生产聚合硫酸铁的专利[11],其生产过程是在70～150℃,一定的压力、氮氧化物的催化作用下,用氧气将Fe2+氧化成Fe3+。其生产过程是:将硫酸亚铁和硫酸的混合液喷入反响器,并保持反响液占反响器总体积的1/3。溶液在喷射过程中,与气相中的NO、NO2和O2反响,最后生成聚合硫酸铁。经测定,溶液中含有大量大分子络合物。氧化反响生成的聚合硫酸铁中含有NOx,需将其送至脱氮器,并向脱氮器中充入氧,使脱出NOx的混合气体再循环到反响器使用。此法的原理与反响塔法制备聚合硫酸铁的原理相同。它们的区别在于,前者是将液体喷射雾化,后者是利用填料的较大比外表积,加强气体的吸收过程,提高反响速度。由于原料硫酸亚铁在生产和运输过程中往往混入杂质,这对聚合硫酸铁的生产设备提出了更高的要求。在采用填料塔法生产时,原料不经预处理可以直接用于生产。另外,采用填料塔法生产,可以在较低的温度和常压下进行,具有平安方便的特点。氮氧化物在催化氧化过程中消耗很少,而且可以循环使用,这样既不会造成浪费,也不会带来污染问题。(7〕生物氧化法:生物氧化法是以硫铁矿为原料，引入混合菌种作为料液，在室温下通入空气作氧化剂，参加适宜的营养物质,FeSO4在微生物作用下经氧化、水解、聚合反响得到生物聚合硫酸铁〔BPFS〕[12]。硫铁矿主要成分是FeS2,先经过自然氧化为FeSO4:2FeSO4+7O2+2H2O—→2FeSO4+2H2SO4亚铁离子经氧化亚铁杆菌作用,生成三价铁离子:2FeSO4+O2+H2SO4—→Fe2(SO4)3+H2O以后的FeS2靠Fe2(SO4)3氧化成三价铁离子:Fe2(SO4)3+FeS2—→3FeSO4+2S精选文档精选文档..精选文档.生产的硫磺经氧化硫酸杆菌作用转化为硫酸:氧化硫酸杆菌↓2S+H2O+O2—→H2SO4这种方法生产PFS,所采用的原料来源广,生产设备简单,本钱较低;无需高温高压和消毒催化剂,生产中无任何毒副作用。其缺乏之处是产品中亚铁离子含量较高,影响净水效果,此种工艺目前还未普遍使用。(8)一步合成法:一步合成法是将双氧水、氯酸钾等氧化剂溶于碱性或中性含钾化合物中制成氧化剂溶液;在沸点温度下控制pH值,加热搅拌FeSO4悬浮液,制成一定浓度的FeSO4溶液;将制备的氧化剂溶液参加到FeSO4溶液中,可制得粒径0.2～0.7nm的固体PFS[13]。1.3研究开发意义聚合硫酸铁在水中能产生高效聚合铁络离子,与类似的其它净水剂相比,用量少、本钱低、效果好。目前已广泛用于原水净化,污水处理,油水别离,废银回收,以及医药、制革、制糖、酿酒等行业的废水净化处理,聚铁生产方法有磁铁矿法、硫酸亚铁法、废铁屑法、钢铁厂废酸法、硫酸厂硫铁矿渣法等[14]。南京油脂化工厂、武钢供水厂、成都化工三厂、鞍钢给排水公司、山东滕州净水剂厂等是主生产厂。近年国内对聚铁的研究开发取得很大进展,用硫铁矿渣为原料,用常压低温焙烧工艺制聚铁已成功;用钛白粉厂副产硫酸亚铁一步法制固体聚铁产品的新技术,是国家建设部、环保总局的重点科技推广成果。聚铁有强大市场竞争力,开发应用前景广阔[15]。目前我国一般以副产绿矾为原料采用亚硝酸钠催化氧化生产PFS。生产液体PFS时,由于液体PFS铁含量低、黏度大、枯燥温度低、枯燥时间长,能耗大。因此,生产过程中应控制和消除污染,改进技术手段,降低能耗。开发新技术,研制新产品高效价廉的絮凝剂是使絮凝剂得以广泛应用的关键,它已成为我国“十五〞水处理剂的开展规划[16,17]。研究生产PFS高新技术和及PFS新产品具有重要的意义。本实验将采用直接氧化法制备液态聚合硫酸铁。液态聚合硫酸铁可以直接应用到水处理中,而且还减少了由液态枯燥到固态所产生的能耗通。实验中,通过正交实验,研究出最正确制备工艺,以解决液态聚合硫酸铁铁含量低不稳定等问题。精选文档精选文档..精选文档.2实验局部2.1实验材料与仪器2.1.1实验药品〔表1〕实验中所采用的药品与材料如表1所示。表1实验药品和材料Table1Reagentsandmaterials实验药品规格生产厂家重铬酸钾AR长沙分路口塑料化工厂二苯胺磺酸钠AR长沙分路口塑料化工厂磷酸AR天津市大茂化学试剂厂氟化钠AR天津市大茂化学试剂厂氯酸钾AR上海山浦化工硫酸亚铁AR株洲市化学工业研究所盐酸AR湖南省株洲市化学工业研究所浓硫酸AR国药集团化学试剂氢氧化钠AR上海山浦化工2.1.2主要仪器设备〔表2〕表2实验仪器和设备Table2Apparatusandequipment仪器、设备名称生产厂家FN121-2型鼓风枯燥箱长沙仪器仪表厂组合恒温磁力搅拌器山东省鄄城新科教学仪器厂PHS-3C型精密pH计海鹏顺科学仪器分析天平梅特勒-托利多仪器上海恒温水浴锅上海精宏实验设备2.2实验方法2.2.1液态聚合硫酸铁的制备实验中按总SO42-:总Fe比例计算参加浓硫酸量。在烧杯中参加100ml水,再参加计算量浓硫酸配成稀溶液,加热到设计温度。再称取计算量的FeSO4·7H2O和KClO3(设计量)各分成24份,在搅拌下分别将2份FeSO4·7H2O和两份KClO3参加到上述烧杯中,搅拌10min继续参加1份FeSO4·7H2O和一份KClO3,以后每隔设计时间(2,5,8min)加1次,共计加料22次,投料结束后,继续搅拌10min,冷却即可精选文档精选文档..精选文档.。2.2.2PH值的测定将洗净收干的电极插入待测溶液，测定PH值,所得结果应表示至一位小数，两次测定结果之差不大于0.2PH值单位取算术平均值为测定结果[18]。2.2.3盐基度测定 分析试样10ml于250ml锥形瓶中，取25ml0.1mol/L盐酸溶液，参加上述被测溶液中，在50度水浴中加热10分钟，流水冷却至室温，参加饱和氟化钠溶液70ml，再放置半小时后，过滤除去沉淀,用1.5％氟化钠溶液将沉淀物洗2—3次。然后在滤液中加3滴0.1％酚酞指示剂溶液,立即用0.1mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至终点，同时作一空白平行试验对照[20]。2.2.4二价铁含量的测定 用10ml移液管吸取分析试样10ml于500ml锥形瓶中，加蒸馏水200ml稀释之，加硫磷混酸溶液20至25ml，再加5滴二苯胺磺酸钠溶液作指示剂[21]。立即用0.1mol/L重铬酸钾标准溶液滴定由无色转变成绿色再成紫色即为终点,记下消耗毫升数。2.2.5密度测定 将适量的待测液体注入枯燥清洁的250ml量筒中，搅拌均匀后，拿住密度计上端，使它轻轻浮在液中，切莫让液体粘附到露出局部，使密度计处于量筒中心悬浮，按弯月面上缘进行读数〔眼睛与弯月面上缘平行〕。3结果与讨论3.1工艺条件对盐基度的影响3.1.1聚合硫酸铁制备原理制备聚合硫酸铁的含铁原料较为广泛,制备方法多种多样,可以废硫酸和铁屑为原料进行生产,其中以硫酸亚铁为原料的聚合硫酸铁不含重金属离子,可用于饮用水处理,其反响方程式如下:氧化6FeSO4+KClO3+3H2SO4—→3Fe2(SO4)3+KCl+3H2O水解Fe2(SO4)3+nH2O—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+n/2H2SO4聚合mFe2(OH)n(SO4)3-n/2—→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m聚合硫酸铁的性能取决于总铁质量分数和盐基度,尤其是盐基度。盐基度越高,说明聚合度越大,混凝性能越好。制备时加硫酸有利于氧化反响的进行,可使Fe精选文档精选文档..精选文档.2+转化完全。溶液中的SO42-和HSO4-形成缓冲体系能保持溶液pH值的相对稳定,SO42-向HSO4-转化也会促进Fe3+的水解。硫酸用量对产品的盐基度和总铁质量分数有很大影响,随着硫酸用量的增加,Fe2(SO4)3的生成速率增加,有利于单体Fe2(OH)n(SO4)3-n/2的生成,提高了聚合反响速率,铁结合的羟基数增加,盐基度也随之增大[22]。但当硫酸用量增加到一定程度时,也会抑制水解反响的发生,不利于聚合反响,甚至使聚合硫酸铁发生分解,盐基度下降。氧化反响是不可逆过程,反响速度较快,而水解和聚合反响均为可逆过程。当氧化剂用量少时,Fe2(SO4)3生成量少,不利于Fe2(OH)n(SO4)3-n/2的单体生成,因而盐基度小。本实验研究了不同温度和物料配比条件下聚合硫酸铁的合成工艺[23]。对制备的聚合硫酸铁进行质量检验和絮凝效果测试,从中得出制备聚合硫酸铁的最正确工艺条件。3.1.2物料比对聚合硫酸铁盐基度的影响在常温下,当酸度值和氧化剂投入量都相同时,改变物料比能提高反响速率并且能得到更高品质的聚合硫酸铁。当物料比(硫酸亚铁与硫酸的摩尔比)分别为:1/1.20,1/1.25,1/1.30,1/1.35,1/1.40,1/1.45,1/1.50时,聚合硫酸铁的盐基度B(%)为11.8,12.3,11.6,11.2,12.1,12.5,12.1,结果见图1。由图1可见,当物料比为1/1.25和1/1.45时盐基度最高,实际生产中考虑到本钱节约等问题,当投料比为1/1.45时,参加的硫酸亚铁过多,本钱过高。综合考虑实际投料比为1/1.25左右最正确。图1物料比对盐基度的影响Fig.1Theeffectofmaterialratioonthebasicity精选文档精选文档..精选文档.3.1.3温度对聚合硫酸铁盐基度的影响对于大多数化学反响来说,当反响物浓度不变时,加热能提高反响速率。实验结果说明,在其他条件不变的情况下,当反响温度(℃)分别为30,35,40,45,50,55,60和65时,聚合硫酸铁的盐基度B(%)分别为8.7,8.8,9.7,10.2,11.9,13,11.4和10.8。由此可知,聚合硫酸铁盐基度随反响温度的升高而升高,当反响温度升至55℃时,聚合硫酸铁的盐基度已到达较高水平,继续升温盐基度变化幅度不大。由于本实验为放热反响,假设温度过高,一方面会引起氧化剂局局部解,为了到达同样的效果,必将增加氧化剂用量;另一方面,温度高也会使聚合硫酸铁发生分解产生沉淀,降低絮凝能力。综合考虑,反响温度控制为55℃左右较适宜。图2反响温度对盐基度的影响Fig.2Theeffectoftemperatureonthebasicity3.1.4酸度对聚合硫酸铁盐基度的影响在常温常压下，pH为1.5,2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,其他因素相同情况下,聚合硫酸铁的盐基度分别为8.7,10.2,12.1,12.8,12.0,11.8,结果见图3。由图3可知，随着pH的增大,盐基度呈下降趋势。原因是在水解过程中,氢氧根离子和硫酸根离子与铁离子的配合是竞争关系,SO42-少时,较多的氢氧根离子结合铁离子,使得产物盐基度较高,而硫酸根离子过量,生成物已经成为Fe2(SO4)3,并非PFS。在保证产品质量合格及一定反响速度的前提下,浓H2SO4的最正确用量为精选文档精选文档..精选文档.4.3mL,pH为2.5到3时,硫酸亚铁与硫酸的摩尔比为1∶1.25,此时盐基度最高。图3pH对盐基度的影响Fig.3TheeffectofpHvalueonthethebasicity3.1.5氧化剂参加速度对聚合硫酸铁盐基度的影响氧化剂氯酸钾的参加速度直接影响反响效果，参加速度较慢，有利于物料的充分接触，但反响时间过长，参加太慢、太迟又易使Fe2(SO4)3发生水解，产生沉淀，不利于工业化生产，实验过程中，尝试着加快参加速度，但使得复原性物质〔以Fe2+计〕的含量明显增加，Fe2+的转化率无法到达国家标准，这是因为本反响是一个放热反响,参加速度过快,一那么使得氯酸钾不能与物料充分接触,二那么放热使温度升高,促使了氯酸钾的分解。故经过反复实验，认为控制在2.5h之内连续均匀参加较好[25]。3.1.6氧化剂用量对聚合硫酸铁盐基度的影响在常温常压下，参加定量的FeSO4•7H2O86g、浓H2SO4(98%)4mL、H2O100mL于烧瓶中，用慢慢参加3,6,9,12,14g不同量的KClO3，反响完后测其盐基度。结果见图4。由于氯酸钾参加到硫酸亚铁溶液中，反响会放出大量的热，因此不可防止地要消耗一局部氯酸钾会分解。为此，氧化过程采用在低温下将过氧化氢慢慢地滴入，溶液的颜色逐渐加深。经过屡次实验并由图3发现,当氯酸钾用量达6g，硫酸亚铁与氯酸钾的摩尔比为1:0.1时，生成的红棕色液体的颜色不再加深，说明Fe2+已根本被氧化,到达实验要求,继续增加氯酸钾用量,溶液体积增加,全铁含量降低。因此,精选文档精选文档..精选文档.选择硫酸亚铁与过氯酸钾的摩尔比为1:0.1。图4氧化剂对盐基度的影响Fig.4Theeffectofoxidantsonthethebasicity3.1.7聚合反响时间对聚合硫酸铁盐基度的影响从图5可知,反响时间对聚合硫酸铁的合成有很大的影响，反响时间越短，那么聚合反响不完全，产品的聚合度低，盐基度小；聚合度与絮凝效果的好坏有密切的关系，聚合度越大，其形成的矾花越大，絮凝效果越好[26]。但时间过长,盐基度反而略有下降,并且增加了生产本钱。通过实验确定反响时间为2.5h。图5反响时间对盐基度的影响精选文档精选文档..精选文档.Fig.5Theeffectoftimeonthebasicity3.1.8聚合硫酸铁经过熟化后盐基度的变化在上述各最正确条件下,将制得聚合硫酸铁静置熟化,当静置熟化时间(h)分别为0,24,48和72时,聚合硫酸铁的盐基度(%)分别为12.4,12.1,11.8,11.8和11.7由此可知,随着聚合硫酸铁静置熟化的时间越长,盐基度呈下降的趋势,但总体下降幅度不是很大;存放48h后,其盐基度已根本趋于稳定。因此如图6,在分析聚合硫酸铁的盐基度时,反响结束就马上分析会造成结果略微偏高,存放48h后可根本到达稳定。这是由于水解聚合反响并非瞬间完成,在相当时间内,溶液均处于非平衡介稳状态。在此熟化期内,随着反响进行,水解产物形态组成也不断变化,溶液pH值也相应变化,因而出现盐基度随时间发生变化的现象。图6熟化时间对盐基度的影响Fig.6Theeffectofagingtimeonthebasicity3.1.9正交试验通过以上单因素实验可得,聚合硫酸铁制备受投料比例(总铁与硫酸根比例)、反响温度、PH以及氧化剂用量等因素影响,本研究采取正交试验设计方案L9(43)取得较好结果。试验中用86g硫酸亚铁为基准,以温度、投料比、搅拌时间和氯酸钾为因素,进行4因素3水平的正交试验。并根据此制定了试验方案(见表4)。表3因素水平表Table3Tableoffactorsvslevel精选文档精选文档..精选文档.水平温度总SO42-:总Fe搅拌时间氯酸钾(℃)(mol/L)(h)(g)1451:1.25262551:1.352.593651:1.45312表4试验方案表Table4Tableoftextformula试验号温度总SO42-:总Fe搅拌时间氯酸钾(℃)(mol/L)(h)(g)1451:1.25262451:1.352.593451:1.453124551:1.25395551:1.352126551:1.452.567651:1.252.5128651:1.35369651:1.45293.2.0正交试验结果分析经以上设计方法制备的聚合硫酸铁是红褐色粘稠透明液体。产品经指标分析检测见表5。表5试验结果表Table5Tableoftextresult序号密度PH不溶物全铁质量分数盐基度(g/cm3)(%)(%)(%)精选文档精选文档..精选文档.11.422.08212.1711.821.441.842.512.1011.231.452.30312.1212.141.452.40312.1012.351.471.90212.1211.261.482.102.512.1313.071.442.102.512.1211.381.442.40312.1710.591.502.30212.1212.4标准1.452.0～3.0«0.311.00»12.0从表5实验结果说明,3号4号实验与比较标准根本相符,4号更