基本信息
- 项目名称：
- 聚合硫酸铁的合成新工艺研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 聚合硫酸铁（PFS）是20世纪80年代出现的一种新型无机高分子絮凝剂。相比传统的絮凝剂而言，具有水解速度快并且成本低，使用方便，无残留诸多优点而被广泛使用目前市场上生产PFS工艺亟需改进。 本工作以本地钛白粉生产企业的副产品绿矾为原料，使用一部氧化法进行工艺条件的探讨，最终达到了缩短反应时间的目的，并对产品的技术指标和絮凝性能进行检测。
- 详细介绍：
- 聚合硫酸铁（PFS）是20世纪80年代出现的一种新型无机高分子絮凝剂。相比传统的絮凝剂而言，具有水解速度快，絮凝体密度大，适用pH范围宽(4-10)等特点，并且成本低，使用方便，无残留。因此，广泛用于各种工业用水、工业废水及城市污水的净化处理。目前市场上生产PFS工艺亟需改进，另外本地区（襄阳）化工企业副产大量绿矾（硫酸亚铁）需进一步开发利用。 本工作在已有研究报道的基础上，以本地钛白粉生产企业的副产品绿矾为原料，工业氧为氧化剂，亚硝酸钠为催化剂，从原料的选择和配比，催化剂用量和加料方式，反应温度和反应时间等方面进行工艺条件的探讨，最终达到了缩短反应时间的目的，并对产品的技术指标和絮凝性能进行检测。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目前市场上生产PFS氧化时间长，催化剂用量较大，反应过程常常伴随着大量氮的氧化物排出。另外本地区化工企业副产大量绿矾（硫酸亚铁）需进一步开发利用。 本工作以本地钛白粉生产企业的副产品绿矾为原料，工业氧为氧化剂，亚硝酸钠为催化剂，从原料的选择和配比，催化剂用量和加料方式，反应温度和反应时间等方面进行工艺条件的探讨，最终达到缩短反应时间的目的，并对产品的技术指标和絮凝性能进行检测。
科学性、先进性及独特之处
- 该研究工艺以本地化工企业副产绿矾为原料，以目前成熟的一步催化氧化法，以正交试验优化合成聚合硫酸铁工艺条件，缩短了合成时间，合成出的产品性能指标符合GB14591-2006国家标准。该工艺与目前市场上的4-6h生产时间相比，该工艺缩短了反应时间。反应在常压下反应，无需专门反应釜；反应、中和、水洗可在同一容器内完成；设备利用率高；产品应用范围广；价格低廉；有良好的社会、经济效益；发展前景广阔。
应用价值和现实意义
- 本研究不仅实现了对本地化工企业副产绿矾的有效再利用，且降低了生产能耗，使得生产成本降低，对当前推广无磷水处理剂的使用具有重要意义。
学术论文摘要
- 以钛白粉厂副产品绿矾为原料，工业氧为氧化剂，亚硝酸钠为催化剂，采用催化氧化法合成聚合硫酸铁（PFS），通过L9(34) 正交试验优化合成工艺条件。研究结果表明：NaNO2用量的体积比为15%，n(SO42-)/n(Fe2+)为1.35，反应温度为80℃，氧化反应时间为2h时，为最佳工艺条件，Fe2+转化率达76.4%，产品性能指标符合GB14591-2006国家标准。该工艺缩短了反应时间。
获奖情况
- 作品于2011年02月发表于由云南省化工行业协会主管的《云南化工》2011年第1期（总第178期）。
鉴定结果
- 该作品发表情况属实。
参考文献
- 1.潘碌亭,吴锦峰.聚合硫酸铁制备技术的研究与进展[J].工业水处理,2009,29(9):1-5. 2.何琳,向群,崔益顺. 聚合硫酸铁的合成工艺研究[J].化学工程与装备,2008,(5):15-17. 3.何蒸.无机高分子絮凝剂-聚合硫酸铁PFS的化学合成与应用研究[D]，西安:长安大学,2002. 4.徐旺生.硫铁矿烧渣制备聚合硫酸铁[J].湖北化工，1993，37(3):26-28. 5.GB14591-2006水处理剂聚合硫酸铁国家标准[S].北京：中国标准出版社，2006.
同类课题研究水平概述
- 如何低成本、低能耗地制备高质量、高稳定性的聚合硫酸铁仍是絮凝剂研究领域的热点。常见合成方法有： 1.直接氧化法 聚合硫酸铁在工业化生产中多采用催化氧化法。直接用氧化硫酸亚铁的方法制备，即用双氧水、氯酸钾、次氯酸钠、硝酸等强氧化剂，控制n(SO42-)/n(Fe2+)，由硫酸亚铁溶液经氧化、水解、聚合而制得。其此法简便易行，但催化剂NaNO2生产过程中投加量大．产品中的亚硝酸根离子易超标，为解决上述不足．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，降低生产成本和能耗等方面，仍有待进一步研究解决。 2.一步法合成 一步法是近年来发展较快的全新的聚合硫酸铁制备方法。该方法是用双氧水、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，在加热搅拌FeS04悬浮液，制成初始Fes04溶液。在将氧化剂溶液加入到FeS04溶液中，最终可制得固体聚合硫酸铁产品。 采用一步法合成生产PFS避免了使用强酸性物质，减轻了设备腐蚀，且设备利用率高，生产中无有害气体生成，产品应用范围广，价格低廉，发展前景广阔。 3.两步氧化法 该法是催化氧化法和直接氧化法的结合。利用工业副产品Fes04及废酸，通过两步法来生产聚合硫酸铁。实现了资源的重新利用。 4.微生物氧化法 该法用培养驯化过的微生物作用于硫铁矿制备铁系絮凝剂。这种方法生产的PFS所采用的原料来源广，生产设备简单，成本较低；无需高温高压和有毒催化剂。生产中无任何毒副作用。其不足之处是产品中亚铁离子含量较高，影响净水效果。因此必须设法提高产品中三价铁离子的含量。 前述聚合硫酸铁的制备方法．一般都是先将亚铁离子氧化成三价铁离子．然后通过调整、控制反应条件，经过一系列的水解、聚合过程而制得产品。基于此．在工业化生产中还有一些其它制备方法，如利用固相配位化学工艺等方法合成。 随着对聚合硫酸铁研究的不断深入，不少研究者提出了许多改性与复合产品的合成方法与应用研究。但这种产品目前还没有完全实现工业化。期待研究者们的继续努力。
