固体聚合硫酸铁的制备及性能的研究

1、普通本科毕业设计（论文）说明书 课题名称：固体聚合硫酸铁的制备及性能研究摘 要本文研究了用硫酸亚铁和过氧化氢、浓硫酸为原料采用直接氧化的方法来制备固体聚合硫酸铁(SPFS)。通过单因素试验与正交试验考查了制备反应过程中反应温度、反应时间、过氧化氢用量和浓硫酸用量等因素对制备固体聚合硫酸铁（SPFS）的影响，并以絮凝实验除浊率为指标确定了最佳反应条件：反应时间3 h、反应温度50 、过氧化氢用量8mL、浓硫酸用量3mL，在此条件下得到的合成产品的除浊率为90%。对合成产品SPFS的性能指标做了测试：浓度为1%的SPFS溶液对环境水样的COD去除率达31.58%；测定该产品Fe含量为18 .7%；

2、水溶液pH值为2.21；均符合产品性能指标。关键词：聚合硫酸铁（SPFS）；制备；絮凝I固体聚合硫酸铁的制备及性能研究AbstractThe preparation and process optimization of polymeric ferric sulfate (SPFS) as an inorganic polymer flocculant was studied in this paper. Synthesis materials include ferrous sulfate, hydrogen peroxide and concentrated sulfuric acid b

3、y an oxidized method directly. The law of effect in use level of hydrogen peroxide and concentrated sulfuric acid，reaction temperature，reaction time was studied by single factor test and orthogonal experiment. The laboratory production has the turbidity removal rate of 90% in the optimal prepared co

4、nditions as follows: the volume ratio of hydrogen peroxide and concentrated sulfuric acid was 8:3, and the reaction temperature was 50 within an reaction time of three hours.The performance of the prepared SPFS production were tested in this paperThe removal rate of COD in environmental water sample

5、 was 31.58%, and the content of iron element was 18.7%, the pH value was 2.21 in its aqueous solution of the tested SPFS. The results showed that prepared polymeric ferric sulfate had good effect of flocculationKeywords ：solid polymerization ferric sulfate(SPFS)；preparation；flocculation1II固体聚合硫酸铁的制备

6、及性能研究目 录摘要 . 错误！未定义书签。 Abstract . 错误！未定义书签。 目录.错误！未定义书签。1.前 言 . 11.1 高效无机净水剂的研究意义 . 11.2 高效无机净水剂的特点与现状 . 11.2.1高效无机净水剂的特点 . 11.2.2高效无机净水剂的现状 . 11.3 聚合硫酸铁的特点及应用现状 . 31.3.1聚合硫酸铁的特点 . 31.3.2聚合硫酸铁的现状 . 31.4 高效净水剂聚合硫酸铁的主要制备方法 . 41.4.1双氧水氧化法 . 41.4.2氯酸钾(钠)氧化法 . 41.4.3次氯酸钠氧化法 . 41.4.4硝酸氧化法 . 51.4.5催化氧化法 .

7、51.5 课题选题目的和意义 . 51.6 课题研究的主要内容 . 51.7 本研究创新点 . 62. 实验材料与方法 . 72.1 固体聚合硫酸铁的制备原理 . 72.2 材料与方法 . 72.2.1仪器与药品 . 72.2.2.实验方法 . 82.2.3测定方法 . 103.1 合成反应条件的单因素试验 . 143.1.1合成反应时间 . 143.1.2合成反应温度 . 153.1.3过氧化氢用量 . 163.1.4硫酸用量 . 173.2 合成反应条件的正交试验 . 183.3 合成产品成分测定与分析 . 20 1III固体聚合硫酸铁的制备及性能研究3.4 SPFS，SPAFC，SPAF

8、S实验产品性能对比 . 204. 结论与展望 . 214.1 结论 . 214.2 展望 . 21致 谢 . 22参考文献 . 231IV1.前 言1.1 高效无机净水剂的研究意义水是人类生活着必不可缺的重要自然资源，随着人类工业的高速发展与人口的快速增长，人类对水资源的需求也随之扩大，而作为世界第一人口大国，我国在世界上则是一个水资源贫乏的国家，我国的人均水资源的所有量仅为世界人均水资源所有量的25%。我国水资源奇缺的同时，水污染情况也十分严重，而且还有日益加重的趋势。据国家调查显示，我国的七大水系中有超过60%的水资源处于重度污染状态，而近80%的水资源水质超标。总的来说，我国的水体污染在

9、日益加重，使得本来就是缺水的中国遭受着严重的水资源危机，加强污水治理，解决水资源短缺的问题实在是刻不容缓，保护稀缺的水资源我们的生活污水和工业废水都应经过环保处理，达到排放要求之后才能排放到环境中。在生活污水和工业废水处理的过程中，高效的净水剂在水处理过程中起着核心作用，所以积极开展对高效净水剂的研究。开发出原料来源广、生产工艺简便、安全、低价、高效的净水剂对于提高净水效果、降低水处理成本、确保水资源的重复利用。这可以很好的解决我国环境水资源污染的问题和使我国的环境水资源得更好的保护和利用，所以高效的无机净水剂一直都是科学家们重要的研究课题。1.2 高效无机净水剂的特点与现状1.2.1高效无机

10、净水剂的特点新型的高效无机净水剂与传统的净水剂相比较，新型高效的无机净水剂具有更宽的处理范围，更高的污水去除率以及更好的更出色的净化处理效果等特点。所以其在城市生活污水，工业生产给水，生产废水处理等方面得到了广泛使用。新型的高效无机净水剂能应用于与一切的原水净化处理过程，特别是在微污染，低温，低碱度，低浊度的水质中，高效无机净水剂的除浊率高达90%。COD的去除率可高达60%。尤其是采用聚合铝的高效无机净水剂与有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺搭配使用，不仅能够大大的提其的高处理效果且能有效的降低其的使用成本。1.2.2高效无机净水剂的现状目前世界上的高效无机净水剂主要可以分为5种，分别是属于阳离子型

11、的聚合氯化铝（PAG），聚合硫酸铝（PAS），聚合硫酸铁（PFS），聚合氯化铁（PFC）以及阴离子型的聚合硅酸(AS），此外还有一些复合而成的高分子聚合品种其中包括有：铝镁复合剂，铁铝复合剂以及聚磷氯化铝等1。11.2.2.1聚合氯化铝（PAC）聚合氯化铝是一种无机高分子净水剂，又可称为碱式氯化铝Al(OH)mCl3-mn，或称为聚铝，英文缩写为PAC，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而形成的无机高分子净水剂。从形态上聚合氯化铝（PAC）可分为固体和液体两种。固体聚合氯化铝（PAC）的颜色主要有棕褐色、米黄色、金黄色和白色，液体聚合氯化铝的颜色主要呈无色透明、浅黄色至黄褐色。它是

12、主要针对于硫酸铝（AS）存在的净水效率不高，以及在净水的过程中，有较高的铝离子残留量在水中，而铝离子具有的生物毒性的缺陷，于二十世纪六十年代开发出来的产品。聚合氯化铝（PAC）产品广泛用于饮用水、工业用水和污水处理领域。但聚合氯化铝（PAC）的生产工艺较为复杂，生产成本高，PAC中存在对生产，运输等设备有很强的腐蚀能力Cl-离子，这些因素降低了聚合氯化铝（PAC）在净水市场上的竞争力2。1.2.2.2聚合硫酸铝（PAS）聚合硫酸铝Al2(OH)m(SO4)3-m/2n是二十世纪八十年代开发的产品，它很好的克服了聚合氯化铝（PAC）的腐蚀问题，聚合氯化铝（PAC）稳定性性是它最大的缺陷。因为新合

13、成的聚合氯化铝（PAC）短时间内会发生水解生成(OH)-，沉淀而失去净水作用人们在提高聚合硫酸铝（PAS）稳定性方面做了许多努力， 例如在产品中加入机酸或CO32+、Cl-、等离子，可以很好的提高聚合硫酸铝（PAS）的稳定性，但尽管如此，因为稳定的贮存期是由商业所决定的，要在市场上要具有较强的竞争力，聚合硫酸铝（PAS）在稳定性的技术上还需要进行进一步的开发研究3。1.2.2.3聚合硫酸铁（PFS）聚合硫酸铁（PFS）是二十世纪七十年代日本的企业最先成功研制出的产品，我国也于二十世纪八十年代也相继发表了数十多项聚合硫酸铁（PFS）的合成专利和研究成果，从而推动了我国的聚合硫酸铁（PFS）的生产与发展应用。聚合硫酸铁（PFS）的优势是在于其具有水解速度快，同时对工业废水具有很好的脱色，重金属去除效果，而且对水体pH值的适用范围广可达( pH= 4.0-11.0 )4。但由于我国的水资源污染日趋严重，在水中的有机物含量增加，从而使