聚合硫酸铝铁的制备及在水处理中的应用进展

1、6第 42 卷 第5期2013 年 5 月化工技术与开发Technology & Development of Chemical IndustryVol.42 No.5May.2013聚合硫酸铝铁的制备及在水处理中的应用进展孔德顺（六盘水师范学院化学与化工系，贵州 六盘水 553004）摘 要：介绍了聚合硫酸铝铁的合成原料、方法、原理，并介绍了聚合硫酸铝铁在水处理方面的应用研究进展，最后对未来聚合硫酸铝铁的合成及应用进行了展望。关键词：聚合硫酸铝铁；合成；水处理中图分类号：TQ 324.4 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(201305-0006-03聚合硫酸铝铁（Poly

2、meric Aluminum Ferric Sulfate，简称PAFS 或PFAS）又叫聚合硫酸铁铝、复合硫酸铝铁，聚硫酸铝铁，其主要成分为Al(OHn SO 4m Fe2(OHn SO 4m ，是在聚合硫酸铁和聚合硫酸铝的基础上发展起来的，兼具铝盐的净水效果和铁盐的安全无害的优点12，还具有盐基度高、矾花大、絮凝沉降快、用量少、去除率高、应用领域广泛等优点。本文介绍了PAFS 的制备原料、方法、原理及应用方面的研究进展。葛旭升等12采用铝渣制备了硫酸铝，用拆解钢制备了硫酸亚铁，再将这二者按硫酸亚铁与硫酸铝的质量比为1214，硫酸与总铁的物质的量之比为1.30，搅拌至混合均匀后缓慢滴加适量双

3、氧水，控制反应温度为57，反应时间为2.5h，在此条件下所得的红色粘稠液体为PAFS，其盐基度可达15.1%18.9%。在上述反应中，氧化剂双氧水的作用就是将体系中的Fe 2+氧化为Fe 3+。对于可以直接获得Fe 3+的原料，则无需经过氧化步骤，赵冉13采用赤铁矿为原料获得了硫酸铁溶液，然后再和由粉煤灰制得的硫酸铝溶液直接聚合，省去了氧化步骤，也制得了PAFS。1.3 制备原理由亚铁离子和铝离子混合来制备PAFS，氧化反应的速率较低，常常需要加入催化剂来提高反应的速率。FeSO4在酸性条件和氧化剂存在的条件下，被氧化为Fe 2(SO4 3， Fe2(SO4 3和Al 2(SO4 3经水解、聚

4、合，得到红棕色的聚合硫酸铝铁液体产品，常见的反应方程式如下：Fe+H2SO 4=FeSO4+H2FeO+H2SO 4=FeSO4+H2O 2FeSO 4+H2O 2+H2SO 4=Fe2(SO4 3+2H2O MnO 2+2Fe3+4H+=2Fe3+Mn2+2H2O 3Fe 2+NO2-+4H+=3Fe3+NO+2H2O 2Fe 2O 3+3H2SO 4=2Fe2(SO4 3+3H2 O 2Al 2O 3+3H2SO 4=2Al2(SO4 3+3H2O1 PAFS的制备研究进展1.1 原料制备聚合硫酸铝铁主要是利用原料中的铝元素和铁元素，所以，含有一定量的铝元素和铁元素的物质，均可以作为制备P

5、AFS 的原料，如采用硫酸亚铁和硫酸铝、高炉渣、硫铁矿烧渣、煤系高岭土、粉煤灰、铝土矿尾矿1.2 制备方法首先要溶解原料中的铝元素和铁元素，形成硫酸铝、硫酸亚铁或硫酸铁，很多研究者都是先获得硫酸亚铁和硫酸铝，在制备的过程中加入氧化剂如空气9、二氧化锰10、双氧水、氯酸钠、浓硝酸11等，使亚铁离子转化为铁离子，然后再和硫酸铝进行聚合，主要的工艺流程如图1所示。含铁原料硫酸亚铁含铝原料783456等原料，经过一定的工艺处理，均能制备出聚合硫酸铝铁。硫酸铁硫酸铝聚合聚合硫酸铝铁（PFAS ）图1 聚合硫酸铝铁制备的主要工艺流程最重要的反应是聚合硫酸铝铁的生成，方程式基金项目：贵州省教育厅2011年度

6、重点科研项目资助，六盘水市煤系固体废弃物资源化利用创新团队资助（52020-2012-04-01-02），贵州省煤炭资源清洁高效利用科研实验平台资助（黔科平台20114003）作者简介：孔德顺（1974-），男，山东临沂人，硕士，副教授，主要从事矿产资源的深加工与利用研究，Email：kongdeshun518收稿日期：2013-02-25第 5 期 孔德顺：聚合硫酸铝铁的制备及在水处理中的应用进展如下：mFe2(SO4 3+0.5mAl2(SO4 3+2nH2O=Al(OHn SO 4m Fe2(OHn SO 4m +2nH+2.5mSO42-72.4 处理含重金属离子的废水唐文伟等19采用

7、PAFS 来处理含Cu 2+浓度为150mgL-1的模拟废水，残余的Cu 2+浓度为0.08mgL-1，达到国家排放标准，他们发现pH 对PAFS 处理重金属离子的影响最显著，其去除率一般随pH 的升高而增大。处理不同的重金属离子时pH 不尽相同， Cu2+和Ni 2+的pH 均为11，其去除率分别可达到99.19%和99.17%。2.5 处理乳品废水李亚强等20将PAFS 用于乳品废水的处理，他们向250mL 混合均匀的乳品废水中加入一定体积的PAFS，在电动搅拌器上搅拌均匀后静置沉降30min，测定结果表明，PAFS 处理乳品废水的效果优于PAC，适宜的pH 为69，PAFS 投量200m

8、gL -1时，COD Cr 去除率为57.5%，SS 去除率为93.1%。在制备过程中，水解和聚合反应同时存在于一个体系中，有时还发生氧化反应，这些反应之间相互影响，相互促进铁（PAFS）。14，最终生成红褐色或红棕色的Al(OHn SO 4m Fe2(OHn SO 4m ，即聚合硫酸铝2 PAFS的应用研究进展2.1 混凝除浊用PAFS 溶液处理工业废水，用量少，矾花大，沉降快，浊度和COD 去除率高，无毒无害，因而具有良好的经济效益和环境效益。曾凤春等用PAFS 处理工业废水，加入0.2mL 相同浓度的聚合硫酸铝铁，快速搅拌后以石灰乳调节pH 为68，静置40min 后用吸管吸取上层清液，

9、测定后可知COD 去除率为92.2%，浊度去除率为98.7%。邱慧琴等15用高岭土和去离子水配制成一定浊度的模拟悬浊液，加入适量混凝剂，搅拌均匀后，于液面下25 mm 处虹吸取样，测定水样的浊度，结果显示，浊度由11NTU 降低至1NTU 左右，浊度去除率大于90%。这是由于聚合硫酸铝铁是铁盐和铝盐的共聚物， 在制备过程中， 铁盐和铝盐形成了羟基化的高聚合度的无机高分子形态，其凝聚-絮凝机理同时兼有铁盐和铝盐的水解、电中和、吸附架桥、沉淀网捕等特性， 因而具有较单一的PFS 或PAC 混凝剂更为优异的絮凝性能和混凝效果16。 2.2 处理印染废水何卓等173 存在的问题、对策及展望3.1 需要

10、扩展原料的来源凡是含有一定量的铁元素和铝元素的原料，均可以考虑用来合成PAFS，这样就扩大了合成原料的范围，比如含铁量和含铝量较多的煤矸石等；还可以考虑分别使用含铝和含铁的2种或2种以上的矿物来合成PAFS，比如用铝土矿来提供铝元素，用炼铁尾矿来提供铁元素，通过调整一定的铁铝比来制备PAFS 产品。3.2 工艺需要进一步优化现行的工艺多为分别制备出铁盐和铝盐，然后再进行聚合反应，有的在反应中还需加入催化剂，导致成本增加；或加入的催化剂会引入二次污染，如加入MnO 2作为催化剂，且合成步骤较为复杂。可以改进为一步合成法，特别是利用矿物原料时，先进行铝元素和铁元素比例的调整，氧化时采用空气，能降低

11、成本且简化合成工艺。3.3 需开发新型产品，扩展应用范围在制备PAFS 时，多采用含铁量大而含铝量小的配方，实际上可以根据原料的特点，改进工艺，以尽可能少的额外添加铁元素或铝元素来合成不同铁铝含量的PAFS，并使其性能达到相关要求。还可以根据多数矿物原料富含硅元素的特点，开发含硅的聚合硫酸铝铁硅等多种产品，并扩展其在水处理领域的应用范围。利用PAFS 处理印染废水，做法是-1调节废水pH 为6，加入10%（体积分数）的自制PAFS，以120rmin的转速搅拌3min，静置沉降30min 后取上清液测定COD 和色度，结果表明，COD 去除率达到92.5%，色度去除率达到88%。2.3 处理焦化

12、废水兴虹等18以某焦化厂的二沉池出水为水样，分别用自制的PAFS 和聚合硫酸铁(PFS为絮凝剂来处理焦化废水，水样中加入的PAFS 量和PFS 量均为400mgL，结果表明，2种絮凝剂均在pH 为5.5左右时，对COD Cr 的去除效果最好， 且PAFS 对于焦化废水的处理效果明显好于PFS。-18化工技术与开发 第 42 卷4 总结总之，以廉价的矿物及含铝铁元素的工业废弃物合成的PAFS，其性能优于单一的聚合硫酸铁（PFS）和聚合硫酸铝（PAC），大力发展矿物材料合成PAFS，能提高矿物原料的工业附加值，有利于环境保护和经济社会的可持续发展。参考文献：1 姜梅，崔兰浩. 赤泥生产净水剂的初步

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15、酸铁铝J.河北化工，2010，33(12：17-18. 13 赵冉，刘智安，常英，等. 不同Fe 3+/Al3+摩尔比阳离子絮凝剂PFAS 的制备J.内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版，2011，40(5：508-511.14 张民权. 一种新型高效的水处理剂-复合聚合硫酸铁铝J.净水技术，1998(1：24-25.15 蓝伟，邱慧琴，高鹏. 聚合硫酸铁铝硅的制备及混凝性能J.化工环保，2008，28(2：177-180.16 陆柱，蔡兰坤，丛梅. 给水与用水处理技术M.北京：化学工业出版社，2004.43.17 何卓，李雁，于干，等. 硫铁矿废水处理污泥制备聚合硫酸铁铝J.环境工程学报，20

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