一種聚磷硫酸鐵絮凝劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于資源利用及環(huán)境保護領(lǐng)域，具體涉及一種聚磷硫酸鐵絮凝劑及其制備 方法和應(yīng)用。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 絮凝劑作為一種成本低廉的水污染控制材料而被廣泛采用。目前，絮凝劑大致可 分為無機、有機和微生物三大類。其中，無機高分子絮凝劑比傳統(tǒng)的無機低分子絮凝劑如硫 酸鋁、氯化鐵具有更優(yōu)異的效能，又比有機高分子絮凝劑成本低，逐漸成為主流絮凝劑，并 成功應(yīng)用于各種水處理工程中。盡管如此，單一無機高分子絮凝劑的相對分子質(zhì)量、聚合 度以及絮凝架橋能力仍比有機高分子絮凝劑差，還存在不穩(wěn)定、易水解等問題；通過研究發(fā) 現(xiàn)，復(fù)合型無機高分子絮凝劑能克服單一無機高分子絮凝劑的這些不足，在降低水處理成 本的同時，可提高絮凝性能。
[0004] 聚磷硫酸鐵就是一種復(fù)合型無機高分子絮凝劑，其在聚合硫酸鐵的基礎(chǔ)上引入磷 酸根離子，借助磷酸根的增聚效應(yīng)，提高了產(chǎn)品的鹽基度，使其水解性能得到改善，具有沉 降速度快、用量少、除磷效果好、受水溫影響小和對pH值適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點。
[0005] 中國專利CN 148698公開了一種利用七水硫酸亞鐵、氯酸鈉和焦磷酸鈉為原料， 通過自行設(shè)計的合成工藝制備聚合磷硫酸鐵絮凝劑的方法，為鈦白粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物七水硫 酸亞鐵，提供了新的應(yīng)用途徑，降低了聚合磷硫酸鐵絮凝劑的生產(chǎn)成本。但該專利公開的制 備過程復(fù)雜，反應(yīng)過程中的升溫增加了生產(chǎn)成本；且針對不同的氧化劑，不同的投加量及投 加方式會對Fe 3+的轉(zhuǎn)化率、穩(wěn)定性和絮凝效果產(chǎn)生很大影響，而該專利并未說明針對不同 的氧化劑，采取何種具體的制備方法，存在著一定的缺陷。
[0006] 中國專利CN 101805051A公開了一種復(fù)合聚磷硫酸鐵絮凝劑及其生產(chǎn)方法，利用 鈦白粉的副產(chǎn)物硫酸亞鐵為原料，以氯酸鈉為氧化劑制備聚磷硫酸鐵。雖然該發(fā)明變廢為 寶，使廢硫酸亞鐵得到利用；但是采用該方法制得的聚磷硫酸鐵產(chǎn)品中會含有少量的氯酸 鹽等物質(zhì)，殘存的各種離子會影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此并不適宜于水處理應(yīng)用；不僅如此，該 發(fā)明為了提高氧化效率，反應(yīng)中投加的稍過量氯酸鈉會發(fā)生副反應(yīng)而生成氯氣，逸出反應(yīng) 體系的氯氣會造成環(huán)境污染，因此需添加尾氣吸收裝置，對氯氣進(jìn)行處理，生產(chǎn)成本會因此 提_。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種聚磷硫酸鐵絮凝劑的制 備方法，該方法工藝簡單、生產(chǎn)時間短。
[0009] 本發(fā)明的另一個目的是提供采用上述方法制得的聚磷硫酸鐵絮凝劑，該絮凝劑性 能穩(wěn)定、水處理效果好。
[0010] 本發(fā)明的又一個目的是提供上述聚磷硫酸鐵絮凝劑的應(yīng)用。
[0011] 實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種聚磷硫酸鐵絮凝劑的制備方法，取 鈦白粉工業(yè)副產(chǎn)物七水硫酸亞鐵FeS0 4.7H20,以H2S04/Fe摩爾比為0. 35~0. 45:1，向七水硫 酸亞鐵FeS04.7H20中加入工業(yè)硫酸11250 4溶液進(jìn)行酸化，在常溫下攪拌溶解；完全溶解后， 以H202/Fe摩爾比為0. 7~1: 1，緩慢加入雙氧水H202進(jìn)行氧化；待氧化完全后，以P/Fe摩爾 比為0. 3~0. 4:1，加入磷酸二氫鈉NaH2P04攪拌反應(yīng)；混合均勻后，以堿化度OH/Fe 0. 3~0. 4 加入碳酸氫鈉NaHC03，調(diào)節(jié)堿化度，并攪拌反應(yīng)60~70 min ;而后在室溫下陳化，即得聚磷硫 酸鐵絮凝劑。
[0012] 一種聚磷硫酸鐵絮凝劑，采用上述方法制備；該聚磷硫酸鐵絮凝劑產(chǎn)品中有效成 分全鐵Fe 3+質(zhì)量含量彡11%，鹽基度為18~25%，pHl. 4~1. 6。
[0013] 聚磷硫酸鐵絮凝劑的應(yīng)用，將上述聚磷硫酸鐵絮凝劑用于水中磷的去除。
[0014] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果： 1、本發(fā)明以鈦白粉工業(yè)副產(chǎn)物七水硫酸亞鐵和廢硫酸為主要原料，先使用質(zhì)量濃度為 20~30%的硫酸溶液溶解七水硫酸亞鐵，并提供酸性環(huán)境；再加入一定量質(zhì)量濃度為30~35% 的雙氧水作為氧化劑，將二價鐵離子氧化為三價鐵離子；隨后加入磷酸二氫鈉，作為配合物 參與聚合，借助磷酸根的增聚效應(yīng)，增強絮凝劑聚合度、絮體沉降速度以及產(chǎn)品穩(wěn)定性；同 時添加碳酸氫鈉調(diào)節(jié)產(chǎn)品的鹽基度，并經(jīng)過陳化處理，總體經(jīng)氧化、水解、聚合和熟化等步 驟，在常溫常壓下制備得到液體聚磷硫酸鐵絮凝劑。
[0015] 2、本發(fā)明制備方法利用雙氧水在硫酸酸性環(huán)境中對Fe2+進(jìn)行氧化，氧化過程中無 需添加催化劑，產(chǎn)品中不會引入雜質(zhì)，產(chǎn)品穩(wěn)定性高；且通過精確計量和合理的氧化劑投加 方式，使Fe 3+轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，有效提高了氧化效率，反應(yīng)速度快，節(jié)省了制備時間。
[0016] 3、采用本發(fā)明方法制備的聚磷硫酸鐵絮凝劑產(chǎn)品具有高活性，活性成分全鐵 (Fe3+)含量> 11% ;產(chǎn)品穩(wěn)定性好，儲存30d不會發(fā)生凝膠或沉淀現(xiàn)象，絮凝效果不會減弱； 產(chǎn)品為液體，可根據(jù)所需量直接投加到水體中水力混勻即可，使用方便，可用于給水處理和 污廢水處理。
[0017] 4、本發(fā)明制備產(chǎn)品絮凝效率高、沉降速度快、污泥量少。燒杯實驗表明，本發(fā)明絮 凝劑對于生活污水的TP、C0D和濁度具有明顯的去除效果，具有意想不到的去除水中的可 溶性磷和其他形式的磷的功效；且本發(fā)明絮凝劑還具有良好的對地表水源水藻類和葉綠素 a的去除效果，去除率可達(dá)到95%以上。
[0018] 5、本發(fā)明聚磷硫酸鐵絮凝劑絮體粒徑大，沉降速度快，有利于減少水處理構(gòu)筑物 的初期建設(shè)成本。
[0019] 6、本發(fā)明制備方法工藝流程簡單，操作方便，均在常溫常壓下進(jìn)行，無需添加 熱源，反應(yīng)過程充分利用了原料的溶解熱和氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)熱，使得反應(yīng)溫度達(dá)到 55~80°C，耗能少；且反應(yīng)過程無廢氣廢渣廢液排放，符合安全生產(chǎn)和綠色生產(chǎn)的要求，無需 添加污染物處理裝置，節(jié)約了生產(chǎn)成本，可適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
[0020] 7、本發(fā)明制備方法采用的原料主要為鈦白粉工業(yè)副產(chǎn)物七水硫酸亞鐵和廢硫酸， 原料來源廣泛，成本低廉，為工業(yè)廢棄物的無害化處理和資源化利用開辟了新途徑，實現(xiàn)了 以廢治廢。
[0021]
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，實施例中所用七水硫酸亞鐵 和硫酸溶液為生產(chǎn)鈦白粉的廢棄物；其中，七水硫酸亞鐵的純度> 90%，硫酸的質(zhì)量濃度為 20%一30%，磷酸二氫鈉的純度為99%，碳酸氫鈉的純度為99% ;其他原料如無特殊說明，即為 普通市售。
[0023] 實施例1:一種聚磷硫酸鐵絮凝劑的制備方法： 1) 稱量55. 6 g七水硫酸亞鐵置于燒杯中，加入30 mL質(zhì)量濃度為20%的工業(yè)硫酸，常 溫下在60 r/min的攪拌速度下攪拌10 min,進(jìn)行酸化溶解； 2) 待步驟1)溶解完成后，在繼續(xù)攪拌下以1 mL/min的速度加入14 mL質(zhì)量濃度為30% 的雙氧水，進(jìn)行充分氧化，導(dǎo)入細(xì)管插至燒杯底部，加入完成后繼續(xù)攪拌10 min，形成均勻 紅棕色液體； 3) 稱取磷酸二氫鈉9. 36 g，以緩慢速度加入到步驟2)所制得液體中，攪拌溶解并聚合 20 min,繼續(xù)攪拌； 4) 待溶液3)攪拌均勻后，在攪拌條件下加入NaHC03固體5. 04 g，加入速度1 g/min ; 5) 步驟4)完成后，繼續(xù)在60 r/min的攪拌速度下攪拌60 min ; 6) 步驟5)完成后，取出，在常溫下靜置一天，即可得產(chǎn)品聚磷硫酸鐵絮凝劑1。
[0024] 對制得的聚磷硫酸鐵絮凝劑1進(jìn)行檢測，經(jīng)檢測，制得的產(chǎn)品外觀為粘稠的深紅 棕色液體；密度：1. 42 g/ml ;全鐵（Fe3+)質(zhì)量濃度：11.