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探寻碘化钾对聚合硫酸铁合成有催化作用

         聚合硫酸铁(聚铁)是一种盐基性高价无机高分子絮凝剂,主要用于废水处理.聚合硫酸铁在废水处理中具有用量少、杂质(COD、色度、浊度等)去除率高、腐蚀性小、适用pH值和温度范围广以及其混凝絮团沉淀速度快和脱水性能优良等特点,这些特点是一般铁盐和铝盐所不具有的。河南鸿畅化工小编跟探寻碘化钾对聚合硫酸铁合成有催化作用。

       在 聚合硫酸铁的合成过程中,由FeS04.7H20转化为聚合硫酸铁有3个反应同时存在.在3个反应中氧化反应是起决定作用的步骤,如果用强氧化剂直接氧化,反应速度快,但用量大、成本高、不利于工业生产.而用空气或氧气作为氧化剂,由于动力学的原因,Fe2+在酸性条件下氧化为Fe3+的过程十分缓慢.因此,催化剂的研究和应用是很有意义的.80年代聚合硫酸铁问世以来,国内专家学者如张民权等对催化剂的研究和应用作了许多工作,提出了一种尚未公开的催化剂,其用量为总质量的2.5%。反应时间跨度数小时。
   在聚合硫酸铁的合成工艺流程的基础上。选择碘化钾(KI)为助催化剂,使NN02的用量进一步降低,反应时间进一步缩短,减低了NaN02的残留量,并已将产品用于陶瓷废水、钢铁废水和造纸废水的混凝处理,证实其有好的应用性能和优点。

一、不同制备方法对亚铁转化为高铁的速率

1、H202氧化法制备聚合硫酸铁
     采用H202氧化法来制备聚合硫酸铁,加1.5mol的FeS04.7H20和计量的硫酸于三口烧瓶中,在30℃冷水浴中恒温,电动搅拌,将质量分数为30%的H202用分液漏斗以2.5mL/min的速度均匀地滴加入内。反应为放热反应,每隔10min测定亚铁和总铁的浓度,计算出三价铁的质量分数,反应至测不出亚铁为止,反应时间为60min,反应数据见表1中样品1,亚铁转化为高铁的速率。
2、空气氧化法制备聚合硫酸铁
     用亚硝酸钠为催化剂来制备聚合硫酸铁,加l.5mol的FeS047H20和计量的硫酸于三口烧瓶中。在60℃恒温水浴中进行,通入空气,将亚硝酸钠以1g/h的速度,用分液漏斗均匀的滴入,每隔1h测定溶液中亚铁和总铁的浓度。计算出三价铁的质量分数,反应至测不出亚铁为止,反应时间为16h,反应数据见表1中样品2,亚铁转化为高铁的速率见图2,(如在50℃恒温水浴中进行,则反应时间大大增加。反应数据在此不作描述)。
      用亚硝酸钠为催化剂以及用碘化钾为助催化剂来制备聚合硫酸铁,加1.5mol的FeS04.7H20和计量的硫酸于三口烧瓶中,因加入助催化剂后。反应体系的反应温度可在较低状况下进行,因此反应在50℃恒温水浴中进行,反应时将亚硝酸钠和碘化钾分别以1g/h和0.35g/h的速度用分液漏斗均匀地同时滴加入内。每隔th测定溶液中亚铁和总铁的浓度,计算出三价铁的质量分数,反应至测不出亚铁为止,反应数据见表1中样品3.亚铁转化为高铁的速率。
3、聚合硫酸铁的性能测试及结果
      样品1为只用H202为氧化剂来制备聚合硫酸铁,样品2为用空气为氧化剂,用催化剂NaN02来制备聚合硫酸铁,样品3为用空气为氧化剂,用催化剂NaN02和助催化剂KI来制备聚合硫酸铁,分别对其亚铁离子浓度、总铁浓度、聚合度、酸度、比重及粘度等几项性能指标进行了测定,得到上述3种反应的试验数据(见表1).
       从表1可见,试制的3种产品,性能指标相近,在反应条件相近情况下,所用催化剂的量不同.从数据可看出,以过氧化氢为氧化剂的反应速度最快,1h就可以完成,但消耗的过氧化氢约150mL,用量过大,不适合工业生产;而用亚硝酸钠作催化剂的反应体系。反应时间最较长,用亚硝酸钠作催化剂和用碘化钾为助催化剂的反应体系,反应时间相对缩短,反应速率比不加助催化剂的速率成倍增加,亚硝酸钠的用量也大大的减少.
二、制备过程中其它因素的研究
1、催化剂用量对Fe2+转化率的影响研究
     催化剂用量对Fe2+转化率的影响,用亚硝酸钠为催化剂以及用碘化钾为助催化剂来制备聚合硫酸铁,将亚硝酸钠配成质量浓度为0.6、1.0和1.2g/mL的溶液.将碘化钾配成质量浓度为0.028g/mL的溶液.反应时加1mol的FeS04.7H20和计量的硫酸于三口烧瓶中。在50℃恒温水浴中进行反应,将特定质量浓度的亚硝酸钠和碘化钾分别以10mL/h的速度。用分液漏斗均匀地同时滴加入三口烧瓶。每隔1h测定溶液中亚铁和总铁的质量浓度,计算出三价铁的质量分数,反应至测不出亚铁为止。催化剂用量对Fe2+转化率的影响。在碘化钾的用量恒定情况下。亚硝酸钠投量过大或过小。皆不利于亚铁转化为三价铁,有一亚硝酸钠较佳投量.
2、助催化剂用量对Fe2+转化率的影响
      研究助催化剂碘化钾用量对Fe2+转化率的影响,用亚硝酸钠为催化剂以及用碘化钾为助催化剂来制备聚合硫酸铁。将亚硝酸钠配成质量浓度为110g/mL的溶液,将碘化钾配成质量浓度分别为0、0.014、0.028和01040g/mL的溶液,反应时加1mol的FeS047H20和计量的硫酸于三口烧瓶中。在50℃恒温水浴中进行反应。将特定质量浓度的亚硝酸钠和碘化钾分别以10mL/h的速度,用分液漏斗均匀地同时滴加入三口烧瓶,每隔1h测定溶液中亚铁和总铁的浓度,计算出三价铁的质量分数。反应至测不出亚铁为止,计算每小时亚铁的平均转化速率见。
3、反应温度对Fe2+转化速率、产品粘度和聚合度的影响
       研究反应温度对Fe2+转化速率、产品粘度和聚合度的影响,因亚硝酸钠的催化作用实际上是气体NO的作用,因此反应温度是一重要的条件.使用亚硝酸钠和碘化钾的质量浓度分别为1.0g/mL和0.028g/mL,反应时加1mol的FeS04·7H20和计量的硫酸于三口烧瓶中,在恒温水浴中进行反应,将特定质量浓度的亚硝酸钠和碘化钾分别以10mL/h的速度,用分液漏斗均匀地同时滴加入三口烧瓶,反应至测不出亚铁为止,计算完成反应后,亚铁平均每小时的转化速率,反应温度与产品粘度的关系,反应温度与产品聚合度的关系。
       温度在50℃的时候Fe2+的氧化速率最快。温度的升高和降低都不利于亚铁转化为三价铁.由图7和图8可知,温度的升高有利于粘度的提高,不利于聚合反应的进行,随着温度的升高,聚合度呈下降的趋势,因此选择50℃为反应温度是较为适宜的。
结论:
    加入助催化剂碘化钾KI,有利于加速聚合硫酸铁聚合硫酸铁的合成,使催化剂亚硝酸钠投加量大大减少,Fe2+的氧化速率比传统的方法提高2~3倍。在碘化钾的用量恒定情况下,亚硝酸钠投量过大或过小,皆不利于亚铁转化为三价铁。存在一亚硝酸钠投量较佳值。温度在一定程度上的升高有利于粘度的提高,不利于聚合反应的进行,亚铁转化为三价铁也存在一较佳温度值。
      上述为探寻碘化钾对聚合硫酸铁合成有催化作用。供参阅。河南鸿畅化工有限企业一直致力于污水处理行业,有着丰富的水处理经验,能够很好的解决客户的难题;帮助客户实现零排放。鸿畅化工主要生产:聚丙烯酰胺系列、聚合氯化铝、碱式氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铁等水处理药剂,产品齐全,物美价廉,是您信赖的生产厂家。

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