聚合硫酸鐵生產(chǎn)中催化劑的研究

聚合硫酸鐵生產(chǎn)中催化劑的研究

作為無(wú)機高分子混凝劑，聚合硫酸鐵(PFS)的混凝性能優(yōu)于聚合氯化鋁等無(wú)機混凝劑。改性PFS在處理部分工業(yè)廢水方面優(yōu)于陽(yáng)離子聚丙烯酰胺等有機絮凝劑。因此，PFS在水處理行業(yè)具有良好的應用前景。

在聚合硫酸鐵的合成中，fes04在7h20轉化為聚合硫酸鐵時(shí)，同時(shí)發(fā)生了三個(gè)反應：氧化反應、水解反應和聚合反應。在這三個(gè)反應中，決定性的步驟是氧化。由于動(dòng)力學(xué)原因，Fe2+氧化成Fe3+的過(guò)程在酸性條件下較慢。因此，催化劑的研究和應用具有重要意義。一些研究人員認為，在鈀、鉑、金和銅鹽存在的情況下，Fe2+ 的氧化速度會(huì )加快。然而，這些催化劑在聚合硫酸鐵合成中的實(shí)用價(jià)值值得考慮。除銅鹽外，價(jià)格昂貴，銅鹽的催化效果以“天”來(lái)衡量。 Jhcsmith和haspohr取na4p207的feh23+的半衰期為0.59 Osec，毫無(wú)疑問(wèn)這個(gè)反應速率非常理想，但催化劑用量是fes04.7h20的4.82倍，顯然不適合工業(yè)化生產(chǎn).

自1970年代中期聚合硫酸鐵問(wèn)世以來(lái)，國內專(zhuān)家學(xué)者的研究十分活躍。除了在工藝上進(jìn)行了卓有成效的改進(jìn)外，他們還在催化劑的研究和應用方面做了大量工作。例如，張敏泉等人提出了一種未公開(kāi)的催化劑，用量為2.5%，反應時(shí)間為2H。另外兩篇研究報告分別選擇了未公開(kāi)的助催化劑，減少了催化劑nanO2的用量，反應時(shí)間縮短至3~4H。

在對可能起催化作用的常見(jiàn)化合物進(jìn)行了大量對比實(shí)驗后，作者認為nan02仍然是一種優(yōu)良的催化劑。聚合硫酸鐵的合成工藝改進(jìn)后，減少了nanO2的用量，大大縮短了反應時(shí)間。選擇Nai作為助催化劑后，nanO2的用量進(jìn)一步減少，反應時(shí)間進(jìn)一步縮短。同時(shí)，注意反應介質(zhì)和反應條件值得商榷，擔心NaNO2本身具有致癌作用，限制了其在飲用水處理中的應用。

1 實(shí)驗結果

實(shí)驗在密封性較差的普通三頸瓶中進(jìn)行。 nanO2分解產(chǎn)生的氧氣和NO2的泄漏很明顯。 FesO4用7h20是由焦化廠(chǎng)輕苯精煉中的廢硫酸(又稱(chēng)再生酸)和廢鐵屑反應制得的。這種廢硫酸中含有吡啶等有機物，氣味難聞，呈棕黑色，含硫酸50%左右。無(wú)需任何預處理，吡啶等雜質(zhì)在此過(guò)程中自然分離。制備的fes04 7h20的純度為99.0%。

1.1 催化劑選擇

FeSO4。 7h20與h2s04的摩爾比為1:0.40，催化劑用量為feso4.7h20的2.5%，氧化劑為純氧，反應溫度為70±2℃。催化劑一次性投入運行，在強烈攪拌下通入氧氣，反應器內壓力為大氣壓。每2h測量一次Fe2+的轉化率，結果見(jiàn)表L。

實(shí)驗表明，V2O5和mns04(包括Mn02)對Fe2+的氧化沒(méi)有催化作用。 Nan02具有優(yōu)異的催化效果。適量的nal和合適的反應條件對提高nanO2的催化效果是明顯的。

1.2 催化劑用量對Fe2+轉化率的影響

反應條件如 1.1 所述固定。改變催化劑nanO2的用量，分批添加。每1H測量一次Fe2+的轉化率。結果如圖 L 所示。

實(shí)驗表明，在合適的條件下，nal對nanO2的催化作用良好。當nanO2的量達到4%時(shí)，Nai的助催化作用降低。表 2 中的數據還表明，nal 有時(shí)甚至會(huì )成為障礙。