專利名稱：：基于水熱法合成納米聚合硫酸鐵絮凝劑的方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種制備納米聚合硫酸鐵絮凝劑的方法，特指以硫酸鐵(Fe2(S04kxH20)、乙二醇、乙酸鈉為原料，基于水熱法合成納米聚合硫酸鐵絮凝劑的方法。
背景技術：
：聚合硫酸鐵(Polyferricsulfate,PFS)，其分子式可表示為[Fe2(OH)n(S04)3./2]m，是硫酸鐵在水解-絮凝過程中的一個中間產物，是由一O—或一OH橋連接而成的六配位的鐵的多核高聚物，具有八面體結構。它能通過吸附、架橋、交聯等作用，促使水中膠體微粒與有機物形成粗大的絮團而迅速沉降，是20世紀70年代國外開發(fā)的一種新型無機高分子混凝劑。聚合硫酸鐵無毒性、腐蝕性小，且具有脫色、除臭、破乳及污泥脫水等功能，我國20世紀80年代中期開始研制，目前已經有數百家單位生產液體聚合硫酸鐵。液體聚鐵因貯存不便，運輸困難，很大程度上制約了它的推廣應用。所以，固體聚合硫酸鐵的研制和開發(fā)便成為人們關注的焦點。固體聚合硫酸鐵有水解速度快、絮凝比重大、沉降迅速、適用pH范圍寬等優(yōu)點；另外，原料來源廣泛、價格低廉、生產成本低，故具有很強的競爭力。但普通的固體聚合硫酸鐵水溶性差，而且投入量比較大，在一定程度上限制了其應用。
發(fā)明內容本發(fā)明提出了一種制備納米聚合硫酸鐵絮凝劑的方法，特指以硫酸鐵(Fe"SOAxH20)、乙二醇、乙酸鈉為原料，基于水熱法合成納米聚合硫酸鐵絮凝劑的方法。其具有表面原子數多、顆粒比表面積大、比表面能高等優(yōu)點，在處理廢水時投入量小、絮凝效果顯著、處理成本低。納米聚合硫酸鐵制備方法如下稱取Fe2(S04)3'xH20于乙二醇溶液中，在5080。C的超聲波反應器中反應；在攪拌條件下緩慢滴加lmol/L的乙酸鈉溶液，調節(jié)溶液的pH為0.8-1.4后，繼續(xù)攪拌反應0.5h以上；將所得反應液放入水熱反應釜中，在120-150'C的條件下水熱反應1416h;反應后，將水熱反應釜底部的聚合硫酸鐵洗滌、抽濾，放恒溫干燥箱中干燥，即得納米聚合硫酸鐵絮凝劑。所述的調節(jié)溶液的pH為1.3較佳。所述的水熱反應溫度為120-150'C較佳。本發(fā)明制備的納米聚合硫酸鐵顆粒，以硫酸鐵(Fe2(S04)yxH20)、乙二醇、乙酸鈉為原料，控制一定條件，Fe2(S04)3'xH20,先水解生成堿式硫酸鐵；然后經完全水解、聚合作用生成聚合硫酸鐵。其反應原理如下水解Fe2(S04)+nH20——Fe(OH)n(S04)3.n/2+n/2H2S04聚合m[Fe(OH)n(S04)w2]~~[Fe2(OH)n(S04)式中m表示聚合度的大小，聚合度m在反應過程中是逐漸增加的，該值是個表觀值。用水熱法合成原理，在一定的酸度條件下，控制聚合硫酸鐵的聚合度，從而使其生長為納米顆粒。本發(fā)明具有使用時投入量小、絮凝效果顯著、處理成本低等特性，同時具有反應條件溫和、反應易于控制、成本低、工藝和流程簡便的優(yōu)點。圖1實施例1的納米聚合硫酸鐵X-衍射圖圖2實施例l的聚合硫酸鐵紅外譜圖圖3實施例l的聚合硫酸鐵透射電鏡(TEM)圖圖4實施例l的聚合硫酸鐵掃描電鏡(SEM)圖圖5實施例2的聚合硫酸鐵透射電鏡(TEM)圖圖6實施例2的聚合硫酸鐵掃描電鏡(SEM)圖圖7實施例3的納米聚合硫酸鐵X-衍射圖圖8實施例3的聚合硫酸鐵紅外譜圖圖9實施例3的聚合硫酸鐵透射電鏡(TEM)圖圖10實施例3的聚合硫酸鐵掃描電鏡(SEM)圖具體實施例方式下面結合具體實施實例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1稱取8gFe2(SO4)3.xH2O于100mL乙二醇溶液中，在6(TC的超聲波反應器中超聲反應。在攪拌條件下緩慢滴加20mLlmol/L乙酸鈉溶液，調節(jié)溶液的pH為1.30后，繼續(xù)攪拌反應0.5h。此時的溶液為紅褐色。將該反應液放水熱反應釜中，在15(TC的條件下水熱反應15h。反應后,將水熱反應釜底部的聚合硫酸鐵洗滌、抽慮，放恒溫干燥箱中干燥，即得納米聚合硫酸鐵絮凝劑。2.樣品的分子結構測定用輻射源為Cu(KcO的D/max-RaX射線衍射儀測量納米材料的晶體結構，掃描速度為0.05°/s，掃描角度范圍為10。80。。結果如圖l所示；用美國NicoletcompanyNEXUS470傅立葉紅外光譜儀對納米聚合硫酸鐵顆粒做紅外譜圖分析，結果如圖2所示。3.樣品顆粒大小及分子表面形態(tài)測定用荷蘭philipscompanyTecnia12透射電鏡對納米聚合硫酸鐵顆粒做TEM分析；用荷蘭philipscompanyXL-30ESEM掃描電鏡對納米聚合硫酸鐵做SEM分析。結果分別如圖3、圖4所示。4.納米聚合硫酸鐵絮凝實驗選用鎮(zhèn)江段長江水樣作為絮凝實驗用水，用重鉻酸鉀法測定水樣的化學需氧量(COD&)，用GDS-3A光電式渾濁度儀測量水樣的濁度。同時以自制液態(tài)硫酸鐵和河南鞏義綠源水處理材料有限公司生產的聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺作對比實驗，得出各自的去除CODa和去除濁度效果。實驗結果如表l。表l不同絮凝劑去除COD和去除濁度效果<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>聚合氯化鋁36.5214.4344.59.160.479.5(PAC)聚丙烯酰胺36.527.6444.56.979.184.5(PAM)實施例2稱取8gFe2(SO4VxH2O于100mL乙二醇溶液中，在80'C的超聲波反應器中超聲反應。在攪拌條件下緩慢滴加15mLlmol/L乙酸鈉溶液，調節(jié)溶液的pH為1.00后，繼續(xù)攪拌反應0.6h。此時的溶液為紅褐色。將該反應液放水熱反應釜中，在150。C的條件下水熱反應15h。反應后，將水熱反應釜底部的聚合硫酸鐵洗滌、抽慮，放恒溫干燥箱中干燥，即得納米聚合硫酸鐵絮凝劑。2.樣品的分子結構測定用輻射源為Cu(Kci)的D/max-RaX射線衍射儀測量納米材料的晶體結構，掃描速度為0.05°/s，掃描角度范圍為10。80。，結果如圖l所示。用美國NicoletcompanyNEXUS470傅立葉紅外光譜儀對納米聚合硫酸鐵顆粒做紅外譜圖分析，結果如圖2所示。3.樣品顆粒大小及分子表面形態(tài)測定用荷蘭philipscompanyTecnia12透射電鏡對納米聚合硫酸鐵顆粒做TEM分析；用荷蘭philipscompanyXL-30ESEM掃描電鏡對納米聚合硫酸鐵做SEM分析。結果分別如圖5、圖6所示。4.納米聚合硫酸鐵絮凝實驗選用鎮(zhèn)江段長江水樣作為絮凝實驗用水，用重鉻酸鉀法測定水樣的化學需氧量(COD。)，用GDS-3A光電式渾濁度儀測量水樣的濁度。同時以自制液態(tài)硫酸鐵和河南鞏義綠源水處理材料有限公司生產的聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺作對比實驗，得出各自的去除CODo和去除濁度效果。實驗結果如表2。表2不同絮凝劑去除COD和去除濁度效果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例3稱取8gFe2(SO4)3'xH2O于100mL乙二醇溶液中，在50。C的超聲波反應器中超聲反應。在攪拌條件下緩慢滴加20mLlmol/L乙酸鈉溶液，調節(jié)溶液的pH為1.30后，繼續(xù)攪拌反應1.0h。此時的溶液為紅褐色。將該反應液放水熱反應釜中，在120'C的條件下水熱反應15h。反應后，將水熱反應釜底部的聚合硫酸鐵洗滌、抽慮，放恒溫干燥箱中千燥，即得納米聚合硫酸鐵絮凝劑。2.樣品的分子結構測定用輻射源為Cu(Ka)的D/max-RaX射線衍射儀測量納米材料的晶體結構，掃描速度為0.05°/s，掃描角度范圍為10。80。，結果如圖7。用美國NicoletcompanyNEXUS470傅立葉紅外光譜儀對納米聚合硫酸鐵顆粒做紅外譜圖分析，結果如圖8。3.樣品顆粒大小及分子表面形態(tài)測定用荷蘭philipscompanyTecnia12透射電鏡對納米聚合硫酸鐵顆粒做TEM分析；用荷蘭philipscompanyXL-30ESEM掃描電鏡對納米聚合硫酸鐵做SEM分析。結果分別如圖9、圖10所示。4.納米聚合硫酸鐵絮凝實驗選用鎮(zhèn)江段長江水樣作為絮凝實驗用水，用重鉻酸鉀法測定水樣的化學需氧量(CODcr)，用GDS-3A光電式渾濁度儀測量水樣的濁度。同時以自制液態(tài)硫酸鐵和河南鞏義綠源水處理材料有限公司生產的聚合氯化鋁和聚丙烯酰胺作對比實驗，得出各自的去除CODo和去除濁度效果。實驗結果如表3。表3不同絮凝劑去除COD和去除濁度效果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權利要求1.基于水熱法合成納米聚合硫酸鐵絮凝劑的方法，以硫酸鐵(Fe2(SO4)3·xH2O)、乙二醇、乙酸鈉為原料，水熱法合成納米聚合硫酸鐵顆粒，其特征在于制備方法如下稱取Fe2(SO4)3·xH2O于乙二醇溶液中，在50～80℃的超聲波反應器中反應；在攪拌條件下緩慢滴加1mol/L的乙酸鈉溶液，調節(jié)溶液的pH為0.8-1.4后，繼續(xù)攪拌反應0.5h以上；將所得反應液放入水熱反應釜中，在120-150℃的條件下水熱反應14～16h；反應后，將水熱反應釜底部的聚合硫酸鐵洗滌、抽濾，放恒溫干燥箱中干燥，即得納米聚合硫酸鐵絮凝劑。2.根據權利要求l所述的基于水熱法合成納米聚合硫酸鐵絮凝劑的方法，其特征是所述的調節(jié)溶液的pH為1.3。3.根據權利要求l所述的基于水熱法合成納米聚合硫酸鐵絮凝劑的方法，其特征是所述的水熱反應溫度為120-15(TC。全文摘要本發(fā)明涉及一種制備納米聚合硫酸鐵絮凝劑的方法，特指以硫酸鐵(Fe₂(SO₄)₃·xH₂O)、乙二醇、乙酸鈉為原料，基于水熱法合成納米聚合硫酸鐵絮凝劑的方法。其稱取Fe₂(SO₄)₃·xH₂O于乙二醇溶液中，在50～80℃的超聲波反應器中反應；在攪拌條件下緩慢滴加1mol/L的乙酸鈉溶液，調節(jié)溶液的pH為0.8-1.4后，繼續(xù)攪拌反應0.5h以上；將所得反應液放入水熱反應釜中，在120-150℃的條件下水熱反應14～16h；反應后，將水熱反應釜底部的聚合硫酸鐵洗滌、抽濾，放恒溫干燥箱中干燥，即得納米聚合硫酸鐵絮凝劑。用本發(fā)明方法制備的納米聚合硫酸鐵，具有投入量小、絮凝效果顯著、處理成本低等性能，同時本方法具有反應條件溫和、反應易于控制、成本低、工藝和流程簡便的優(yōu)點。文檔編號C02F1/52GK101302038SQ200710023200公開日2008年11月12日申請日期2007年6月8日優(yōu)先權日2007年6月8日發(fā)明者劉彬彬,紅唐,晏井春,朱富坤,葛建華,閆永勝申請人:江蘇大學