工業(yè)分析課程設(shè)計實(shí)習(xí)聚合硫酸鐵的合成及測定班級:分析3081班學(xué)號:23號姓名:王方方聚合硫酸鐵的合成及測定摘要：本文以硫酸亞鐵原料，用亞硝酸鈉催化氧化法合成聚合硫酸鐵，單因素實(shí)驗研究反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、總鐵／總酸根和亞硝酸鈉量對合成影響：正交實(shí)驗得最佳條件：反應(yīng)溫度55°C；按[S04],[Fe]總=1.40/1；NAN02(10%)量7ml(硫酸亞鐵量為809)=反應(yīng)時間3．5小時。關(guān)鍵詞：催化氧化法聚合硫酸鐵最佳條件引言聚合硫酸鐵(PFS)是硫酸鐵的一種堿式聚合物，是介乎硫酸鐵和氫氧化鐵之間、在硫酸鐵分子簇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中用羥基取代硫酸根后形成的一種新型鐵系無機(jī)高分子絮凝劑(IDF)，在給水和廢水處理中發(fā)揮著日益重要的作用。PFS的分子通式可表示為[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m,其對應(yīng)的鹽基度=n/6*100%PFS的鹽基度越高，即n越大，產(chǎn)品聚合度m越高，其形成的磯花越大，絮凝效果越好，絮體的沉降速度越快。中國原化工部標(biāo)準(zhǔn)HG2153-91規(guī)定PFS一級品的鹽基度達(dá)到12%以上，合格品的鹽基度必須超過8%,國家標(biāo)準(zhǔn)GB14591-93更嚴(yán)格規(guī)定PFS的鹽基度必須達(dá)到9%-14%,日本標(biāo)準(zhǔn)樣品的鹽基度為8.33%-16.67%,而PFS工業(yè)品鹽基度一般為5%-12%,超過16.67%的PFS至今未見報道。因此，設(shè)法提高PFS的鹽基度就成為改善產(chǎn)品質(zhì)量的一條重要途徑。此外，PFS傳統(tǒng)工藝存在嚴(yán)重的三廢污染，且反應(yīng)速度慢、生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益均不夠理想。為了最大限度地加快PFS的合成速率和提高產(chǎn)品鹽基度，前人已做了大量探索，取得了令人矚目的成就，本文著重于PFS的成試驗，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、壓力、硫酸用量，和催化劑用量，探討PFS的合成速率和產(chǎn)品質(zhì)量及其變化規(guī)律，為PFS傳統(tǒng)工藝的技術(shù)改造和開發(fā)一種新的PFS生產(chǎn)工藝提供理論與實(shí)驗依據(jù)。聚合硫酸鐵全鐵測定方法1主要試劑及溶液的制備水：GB/T6682,三級；氯化亞錫溶液：250g/L，10g/L；分別稱取25.0g1.0g氯化亞錫于兩個干燥的燒杯中，分別加入20mL，2mL濃鹽酸，加熱溶解，冷卻后稀釋至100mL,分別保存于兩個棕色滴瓶中，加入數(shù)顆高純錫粒。鹽酸溶液：1+1;硫一磷混酸：將150mL硫酸，緩慢注人至含500mL水的燒杯中，冷卻后再加入150mL磷酸，然后稀釋至1000mL容量瓶中；重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液：C(16KCr207)=0.1mo1/L；二苯胺磺酸鈉溶液：59/L；甲基橙：0.1%。所用試劑均為分析純。2.2實(shí)驗方法稱取液體產(chǎn)品約1.5g或固體產(chǎn)品約0.9g，精確至0.0002g，置于250mL錐形瓶中，加水20mL，加1+1鹽酸溶液20mL，加熱至沸，趁熱滴加250g/L氯化亞錫溶液至溶液轉(zhuǎn)為淡黃色，加入少許水和甲基橙指示劑數(shù)滴，用1Og/L的氯化亞錫溶液滴加至溶液呈極淡粉紅色(此時甲基橙被還原為氫化甲基橙而褪色，指示Fe3+已全部被還原，若剛加入10g/L的氯化亞錫溶液紅色立即褪去，表示氯化亞錫已經(jīng)過量，可補(bǔ)加1滴甲基橙，以除去稍過量的氯化亞錫溶液)，快速冷卻搖勻后靜置1min，然后加水50mL，再加入硫一磷混酸10mL，二苯胺磺酸鈉指示劑3滴，立即用0.1mol/L重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至出現(xiàn)穩(wěn)定的紫色(30s不褪)即為終點(diǎn)。結(jié)果計算根據(jù)消耗的體積求出物質(zhì)的量石墨爐原子吸收測定水處理劑聚合硫酸鐵中鎘材料與方法實(shí)驗儀器AASZEEnit700原子吸收儀，橫向加熱石墨爐，平臺式石墨管，石墨爐自動進(jìn)樣器，CzemyTumer單色器，電子電平(分度0.1mg)。試劑硝酸溶液，優(yōu)級純：1+1。高純金屬鎘，AR：含量99.9%以上。鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液：lmL含O.lmgCd。稱取0.1009金屬鎘，精確至0.00029,置于100mL燒杯中，加20mL硝酸溶液，加熱驅(qū)除氮氧化物，冷卻后移入1000mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻。鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液A：lmL含0.01mgCd。移取lO.OOmL鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液lOOmL容量瓶中備用，并用水稀釋至刻度，搖勻。鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液B：lmL含O.021LLgCd。移取1.00mL名-/鬲標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液A于500mL容量瓶中，并用水稀釋至刻度，搖勻。儀器操作條件經(jīng)過試驗確定了測定鎘的儀器工作參數(shù)，見表1。表1儀器工作參數(shù)兀素波長燈電流狹縫能量干燥溫度灰化溫度原子化溫度除殘溫度單位入/nmmAmmev°CCCC鎘228.83.01.267.3611040014002300試樣制備與分析稱取約109ml液體試樣，精確至0.019ml，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻。此液為A。移取10.00mL試液A于50mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。按1.4標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制步驟及條件，以空白調(diào)零，測其吸光度,從標(biāo)準(zhǔn)曲線中求得Cd含量。聚合硫酸鐵除氟效果的研究實(shí)驗部分主要儀器與試劑主要試劑：總離子強(qiáng)度緩沖調(diào)節(jié)劑(TISAB自配)，NaF，聚合硫酸鐵溶液(p(PFS)=100mg/mL)，Na0H溶液，含氟廢水(自配)；主要儀器：氟離子選擇性電極，PHS一3F酸度計，電磁力攪拌器，精密pH試紙。實(shí)驗方法標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制采用分段標(biāo)準(zhǔn)曲線法，準(zhǔn)確移取1.0022g/L的F—標(biāo)液0.10、0.30、0.50、0.70、0.90、1.00mL，定容至50mL,分別測出電位值E。準(zhǔn)確移取1.00229/L的F—標(biāo)液，1.00、3.00、5.00、7.00、9.00mL,定容至50mL,分別測出電位值E。準(zhǔn)確移取1.0022g/L的F—標(biāo)液，10.00、11.00、12.00、13.00、14.00、15.00mL，定容至50mL,分別測出電位值E。廢水中氟離子濃度的測定直接電位法，標(biāo)準(zhǔn)曲線確定其濃度，求出廢水中p(F-)=40.00mg/L。4.3.1絮凝劑PFS的用量試驗準(zhǔn)確移取100mL水樣6份，調(diào)節(jié)pH值為7.0,然后分別加入PFs溶液1.00、2.00、00、3.50、4.00、5.00mL,攪拌5min,靜置25min,過濾。準(zhǔn)確移取每份濾液40mL，各加入lOmLrl'ISAB，再測出各電位值E,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出F一的含量。4.3.2水樣初始pH值對除氟效果的影響準(zhǔn)確移取100mL水樣9份，加入10%的NaOH調(diào)節(jié)各pH值到設(shè)定值，再各加入PFS3.50mL,攪拌5min,靜置25min,過濾。準(zhǔn)確移取每份濾液40mL，各加入10mLTISAB，測出電位值E,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出F—的含量。反應(yīng)時間對除氟效果的影響準(zhǔn)確移取水樣100mL，調(diào)節(jié)pH值為7.0,加入最佳量的PFS，其他實(shí)驗條件完全不變，改變反應(yīng)時間，進(jìn)行實(shí)驗。一種聚臺硫酸鐵合成的新方法實(shí)驗部分原料及儀器硫酸亞鐵，工業(yè)品；硫酸、雙氧水均為分析純。MettlerDala320S酸度計；721分光光度計；PasolinaTR一300攪拌器；PerkinElmerFIAS400蠕動泵。實(shí)驗方法聚合硫酸鐵的制備。稱取55g的硫酸亞鐵，加入250mL錐形瓶中，加水25mL,濃硫酸3.2mL，開啟攪拌器，通過蠕動泵以0.7mL/min勻速加入H202。13.5mL（導(dǎo)入細(xì)管插至錐形瓶底部）。H2O2加完后，過濾，靜置。冷卻。即得聚合硫酸鐵成品溶液。去濁率和脫色率測定。取200mL水樣，加入1：100稀釋后的聚合硫酸鐵5mL，劇烈攪拌3min，慢速攪拌10min。取上層清液（液面以下2?3cm處），測定其吸光度，比較處理前后之吸光度，劃分別得到去濁率和脫色率。結(jié)果與討論氧化劑加入量對性能的影響氧化劑加入量對性能的影響見表一，濃硫酸用量為3.2mL。從表一可以看出，隨著H2O2加入量的增加，成品中Fe2+的含量逐漸下降，鹽基度逐漸增加；當(dāng)H2O2:用量超過13.50mL后，F(xiàn)e2+的含量及鹽基度均符合一級標(biāo)準(zhǔn)。H2O2加入量為13.50mL。表一氧化劑加入量對性能的影響序號過氧化氫的體積三價鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)二價鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)密度PH值鹽基度單位ml%%g/ml%112.7011.951.451.4922.047.60213.0013.600.801.4892.058.90313.1014.000.151.4862.0311.30413.5014.200.001.4832.0412.10514.0014.300.001.4782.0912.30硫酸用量對產(chǎn)品性能的影響硫酸加入量對產(chǎn)品性能的影響見表二，H2O2用量13.50ml。表二硫酸加入量對產(chǎn)品性能的影響序號硫酸的體積三價鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)二價鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)密度PH值鹽基度單位ml%%g/ml%12.5014.950.351.4822.3214.9523.0014.250.0651.4972.2613.3533.2014.200.001.4862.1812.3043.4014.200.001.4852.1511.6053.9514.150.001.4982.0010.25從表2可知，當(dāng)硫酸加入量達(dá)到3.00mL后，得到的成品即符合一級品標(biāo)準(zhǔn).但仍有少量Fe2+殘余。為此，選用加入濃硫酸3.40mL。1.聚合硫酸鐵的絮凝性能對去濁率和脫色率進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：對于濁度為100NTU的高嶺士，加入1：100稀釋的聚含硫酸鐵5mL,25min后去濁率可達(dá)94%；對某印染廢水進(jìn)｛亍處理，脫色率為92％一95％。與目前蘇南印染企業(yè)常用的絮凝劑硫酸亞鐵相比，聚金硫酸鐵具有投加量小、磯花大、沉降速度快和脫色率高等優(yōu)點(diǎn)，特別是其pH值適應(yīng)范圍廣，對pH值=4的廢水脫色率為85%。pH值>6以后，脫色率可達(dá)92%以上。三、結(jié)論采用H2O2為氧化劑生產(chǎn)聚合硫酸鐵，設(shè)備投資小(以5kt/a計。只需常壓1m3反應(yīng)釜2?3只，計2?3萬元)、生產(chǎn)周期短(<lh/批)、產(chǎn)品穩(wěn)定性好(產(chǎn)品1年后無沉淀，性能不變)。雖然相比較催化氧化法直接利用空氣作為氧化劑，本法中H2O2的成本較離，但生產(chǎn)過程中無二次污染。雜質(zhì)少。而且無需加壓加溫，可節(jié)省生產(chǎn)成本，因此非常適合中小企業(yè)投資生產(chǎn)。參考文獻(xiàn)吳金橋，張寧生?高含鐵量聚硅硫酸鐵(PFSS)絮凝劑性能及影響因素分析-油田化學(xué)