聚合硫酸铁的合成及测定

工业分析课程设计实习聚合硫酸铁的合成及测定班级:分析3081班学号:23号姓名:王方方聚合硫酸铁的合成及测定摘要：本文以硫酸亚铁原料，用亚硝酸钠催化氧化法合成聚合硫酸铁，单因素实验研究反应温度、反应时间、总铁／总酸根和亚硝酸钠量对合成影响：正交实验得最佳条件：反应温度55°C；按[S04],[Fe]总=1.40/1；NAN02(10%)量7ml(硫酸亚铁量为809)=反应时间3．5小时。关键词：催化氧化法聚合硫酸铁最佳条件引言聚合硫酸铁(PFS)是硫酸铁的一种碱式聚合物，是介乎硫酸铁和氢氧化铁之间、在硫酸铁分子簇网络结构中用羟基取代硫酸根后形成的一种新型铁系无机高分子絮凝剂(IDF)，在给水和废水处理中发挥着日益重要的作用。PFS的分子通式可表示为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m,其对应的盐基度=n/6*100%PFS的盐基度越高，即n越大，产品聚合度m越高，其形成的矶花越大，絮凝效果越好，絮体的沉降速度越快。中国原化工部标准HG2153-91规定PFS一级品的盐基度达到12%以上，合格品的盐基度必须超过8%,国家标准GB14591-93更严格规定PFS的盐基度必须达到9%-14%,日本标准样品的盐基度为8.33%-16.67%,而PFS工业品盐基度一般为5%-12%,超过16.67%的PFS至今未见报道。因此，设法提高PFS的盐基度就成为改善产品质量的一条重要途径。此外，PFS传统工艺存在严重的三废污染，且反应速度慢、生产效率低，经济效益和社会效益均不够理想。为了最大限度地加快PFS的合成速率和提高产品盐基度，前人已做了大量探索，取得了令人瞩目的成就，本文着重于PFS的成试验，通过调节反应温度、压力、硫酸用量，和催化剂用量，探讨PFS的合成速率和产品质量及其变化规律，为PFS传统工艺的技术改造和开发一种新的PFS生产工艺提供理论与实验依据。聚合硫酸铁全铁测定方法1主要试剂及溶液的制备水：GB/T6682,三级；氯化亚锡溶液：250g/L，10g/L；分别称取25.0g1.0g氯化亚锡于两个干燥的烧杯中，分别加入20mL，2mL浓盐酸，加热溶解，冷却后稀释至100mL,分别保存于两个棕色滴瓶中，加入数颗高纯锡粒。盐酸溶液：1+1;硫一磷混酸：将150mL硫酸，缓慢注人至含500mL水的烧杯中，冷却后再加入150mL磷酸，然后稀释至1000mL容量瓶中；重铬酸钾标准溶液：C(16KCr207)=0.1mo1/L；二苯胺磺酸钠溶液：59/L；甲基橙：0.1%。所用试剂均为分析纯。2.2实验方法称取液体产品约1.5g或固体产品约0.9g，精确至0.0002g，置于250mL锥形瓶中，加水20mL，加1+1盐酸溶液20mL，加热至沸，趁热滴加250g/L氯化亚锡溶液至溶液转为淡黄色，加入少许水和甲基橙指示剂数滴，用1Og/L的氯化亚锡溶液滴加至溶液呈极淡粉红色(此时甲基橙被还原为氢化甲基橙而褪色，指示Fe3+已全部被还原，若刚加入10g/L的氯化亚锡溶液红色立即褪去，表示氯化亚锡已经过量，可补加1滴甲基橙，以除去稍过量的氯化亚锡溶液)，快速冷却摇匀后静置1min，然后加水50mL，再加入硫一磷混酸10mL，二苯胺磺酸钠指示剂3滴，立即用0.1mol/L重铬酸钾标准溶液滴定至出现稳定的紫色(30s不褪)即为终点。结果计算根据消耗的体积求出物质的量石墨炉原子吸收测定水处理剂聚合硫酸铁中镉材料与方法实验仪器AASZEEnit700原子吸收仪，横向加热石墨炉，平台式石墨管，石墨炉自动进样器，CzemyTumer单色器，电子电平(分度0.1mg)。试剂硝酸溶液，优级纯：1+1。高纯金属镉，AR：含量99.9%以上。镉标准储备溶液：lmL含O.lmgCd。称取0.1009金属镉，精确至0.00029,置于100mL烧杯中，加20mL硝酸溶液，加热驱除氮氧化物，冷却后移入1000mL容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀。镉标准溶液A：lmL含0.01mgCd。移取lO.OOmL镉标准储备溶液lOOmL容量瓶中备用，并用水稀释至刻度，摇匀。镉标准溶液B：lmL含O.021LLgCd。移取1.00mL名-/鬲标准储备溶液A于500mL容量瓶中，并用水稀释至刻度，摇匀。仪器操作条件经过试验确定了测定镉的仪器工作参数，见表1。表1仪器工作参数兀素波长灯电流狭缝能量干燥温度灰化温度原子化温度除残温度单位入/nmmAmmev°CCCC镉228.83.01.267.3611040014002300试样制备与分析称取约109ml液体试样，精确至0.019ml，转移至100mL容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀。此液为A。移取10.00mL试液A于50mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。按1.4标准曲线绘制步骤及条件，以空白调零，测其吸光度,从标准曲线中求得Cd含量。聚合硫酸铁除氟效果的研究实验部分主要仪器与试剂主要试剂：总离子强度缓冲调节剂(TISAB自配)，NaF，聚合硫酸铁溶液(p(PFS)=100mg/mL)，Na0H溶液，含氟废水(自配)；主要仪器：氟离子选择性电极，PHS一3F酸度计，电磁力搅拌器，精密pH试纸。实验方法标准曲线绘制采用分段标准曲线法，准确移取1.0022g/L的F—标液0.10、0.30、0.50、0.70、0.90、1.00mL，定容至50mL,分别测出电位值E。准确移取1.00229/L的F—标液，1.00、3.00、5.00、7.00、9.00mL,定容至50mL,分别测出电位值E。准确移取1.0022g/L的F—标液，10.00、11.00、12.00、13.00、14.00、15.00mL，定容至50mL,分别测出电位值E。废水中氟离子浓度的测定直接电位法，标准曲线确定其浓度，求出废水中p(F-)=40.00mg/L。4.3.1絮凝剂PFS的用量试验准确移取100mL水样6份，调节pH值为7.0,然后分别加入PFs溶液1.00、2.00、00、3.50、4.00、5.00mL,搅拌5min,静置25min,过滤。准确移取每份滤液40mL，各加入lOmLrl'ISAB，再测出各电位值E,根据标准曲线，求出F一的含量。4.3.2水样初始pH值对除氟效果的影响准确移取100mL水样9份，加入10%的NaOH调节各pH值到设定值，再各加入PFS3.50mL,搅拌5min,静置25min,过滤。准确移取每份滤液40mL，各加入10mLTISAB，测出电位值E,根据标准曲线，求出F—的含量。反应时间对除氟效果的影响准确移取水样100mL，调节pH值为7.0,加入最佳量的PFS，其他实验条件完全不变，改变反应时间，进行实验。一种聚台硫酸铁合成的新方法实验部分原料及仪器硫酸亚铁，工业品；硫酸、双氧水均为分析纯。MettlerDala320S酸度计；721分光光度计；PasolinaTR一300搅拌器；PerkinElmerFIAS400蠕动泵。实验方法聚合硫酸铁的制备。称取55g的硫酸亚铁，加入250mL锥形瓶中，加水25mL,浓硫酸3.2mL，开启搅拌器，通过蠕动泵以0.7mL/min匀速加入H202。13.5mL（导入细管插至锥形瓶底部）。H2O2加完后，过滤，静置。冷却。即得聚合硫酸铁成品溶液。去浊率和脱色率测定。取200mL水样，加入1：100稀释后的聚合硫酸铁5mL，剧烈搅拌3min，慢速搅拌10min。取上层清液（液面以下2〜3cm处），测定其吸光度，比较处理前后之吸光度，划分别得到去浊率和脱色率。结果与讨论氧化剂加入量对性能的影响氧化剂加入量对性能的影响见表一，浓硫酸用量为3.2mL。从表一可以看出，随着H2O2加入量的增加，成品中Fe2+的含量逐渐下降，盐基度逐渐增加；当H2O2:用量超过13.50mL后，Fe2+的含量及盐基度均符合一级标准。H2O2加入量为13.50mL。表一氧化剂加入量对性能的影响序号过氧化氢的体积三价铁质量分数二价铁质量分数密度PH值盐基度单位ml%%g/ml%112.7011.951.451.4922.047.60213.0013.600.801.4892.058.90313.1014.000.151.4862.0311.30413.5014.200.001.4832.0412.10514.0014.300.001.4782.0912.30硫酸用量对产品性能的影响硫酸加入量对产品性能的影响见表二，H2O2用量13.50ml。表二硫酸加入量对产品性能的影响序号硫酸的体积三价铁质量分数二价铁质量分数密度PH值盐基度单位ml%%g/ml%12.5014.950.351.4822.3214.9523.0014.250.0651.4972.2613.3533.2014.200.001.4862.1812.3043.4014.200.001.4852.1511.6053.9514.150.001.4982.0010.25从表2可知，当硫酸加入量达到3.00mL后，得到的成品即符合一级品标准.但仍有少量Fe2+残余。为此，选用加入浓硫酸3.40mL。1.聚合硫酸铁的絮凝性能对去浊率和脱色率进行了研究。结果表明：对于浊度为100NTU的高岭士，加入1：100稀释的聚含硫酸铁5mL,25min后去浊率可达94%；对某印染废水进｛亍处理，脱色率为92％一95％。与目前苏南印染企业常用的絮凝剂硫酸亚铁相比，聚金硫酸铁具有投加量小、矶花大、沉降速度快和脱色率高等优点，特别是其pH值适应范围广，对pH值=4的废水脱色率为85%。pH值>6以后，脱色率可达92%以上。三、结论采用H2O2为氧化剂生产聚合硫酸铁，设备投资小(以5kt/a计。只需常压1m3反应釜2〜3只，计2〜3万元)、生产周期短(<lh/批)、产品稳定性好(产品1年后无沉淀，性能不变)。虽然相比较催化氧化法直接利用空气作为氧化剂，本法中H2O2的成本较离，但生产过程中无二次污染。杂质少。而且无需加压加温，可节省生产成本，因此非常适合中小企业投资生产。参考文献吴金桥，张宁生•高含铁量聚硅硫酸铁(PFSS)絮凝剂性能及影响因素分析-油田化学