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　　聚合硫酸鐵的制備主要有直接氧化法法和催化氧化法。大多數(shù)PFS的制備采用直接氧化法，此法工藝路線較簡單，用于工業(yè)生產(chǎn)可以減少設(shè)備投資和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低設(shè)備成本，但這種生產(chǎn)工藝必須依賴于氧化劑，如：H2O2、KClO3、HNO3等無機(jī)氧化劑。催化氧化法一般是選用一種催化劑，利用氧氣或空氣氧化制備聚合硫酸鐵。以下是制備聚合硫酸鐵的具體操作方法：
　　（1）雙氧水氧化法：
　　雙氧水(H2O2)在酸性環(huán)境中是一種強(qiáng)氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價(jià)鐵從而制得聚合硫酸鐵:
　　2FeSO4+H2O2+(1-n/2)H2SO4—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(2-n)H2O
　　制備過程中,按照生產(chǎn)量和所需要的鹽基度,在反應(yīng)釜中加入硫酸亞鐵、水和硫酸混合,當(dāng)溫度升高到30~45℃時(shí),在攪拌過程中,通過加料管在釜底緩慢加入H2O2。H2O2很快將亞鐵氧化成三價(jià)鐵,取樣分析待亞鐵濃度降至規(guī)定濃度時(shí),停止反應(yīng)。
　　利用本法生產(chǎn)聚合硫酸鐵,具有設(shè)備簡單、生產(chǎn)周期短、反應(yīng)不用催化劑、產(chǎn)品不含雜質(zhì)、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。但反應(yīng)過程中,有H2O2在分解時(shí)形成O2氣放出在無催化劑時(shí),起不到氧化作用。要減少O2的產(chǎn)生,需要控制H2O2的投加速度制備工藝為間歇式操作,影響生產(chǎn)效率。H2O2成本比較高,它增加了聚合硫酸鐵的生產(chǎn)成本,不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
　　（2）氯酸鉀(鈉)氧化法：
　　氯酸鉀是廣泛應(yīng)用于炸藥和火柴工業(yè)的強(qiáng)氧化劑,同樣可以將亞鐵氧化成三價(jià)鐵:
　　6FeSO4+KClO3+3(1-n/2)H2SO4—→3[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]+3(1-n)H2O+KCl
　　制備時(shí),將硫酸、硫酸亞鐵和水按比例加入反應(yīng)釜中,在常溫或稍微高溫度下,攪拌中加入氯酸鉀。檢驗(yàn)亞鐵離子減少到規(guī)定濃度即可結(jié)束。
　　該法生產(chǎn)工藝簡單,設(shè)備投資少,產(chǎn)品穩(wěn)定性好,反應(yīng)效率高,無空氣污染。產(chǎn)品中含有氯酸鹽,可兼作混凝與殺菌劑。但制品中殘留有較高的氯離子和氯酸根離子,不宜于飲用水處理。同時(shí),由于氯酸鉀價(jià)格昂貴,產(chǎn)品成本高。
　　（3）次氯酸鈉氧化法：
　　次氯酸鈉屬于堿性氧化劑,其氧化還原電位較高,理論上能將亞鐵氧化成三價(jià)鐵:
　　2NaClO+2H2SO4—→K2SO4+2H2O+Cl2
　　生產(chǎn)的氯氣仍為氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價(jià)鐵。但氯氣會有少量以氣體形式逸出而浪費(fèi)掉,不能充分利用。同時(shí)也會造成環(huán)境污染,曾加后處理工序。次氯酸鈉是堿性氧化劑,制備聚合硫酸鐵時(shí),為了降低pH值,H2SO4的用量較高。用該法制備的聚合硫酸鐵穩(wěn)定性差,不宜長期保存。
　　（4）硝酸氧化法：
　　硝酸為中強(qiáng)氧化劑,與亞鐵反應(yīng)如下:
　　FeSO4+HNO3—→Fe(OH)SO4+NO2
　　反應(yīng)生成的NO2又可以起到氧化作用,因而HNO3的氧化效率高。
　　該法是以工業(yè)硫酸亞鐵為原料,采用工業(yè)硫酸氧化后以工業(yè)濃硝酸氧化。FeSO4:HNO3為1:(0.20-0.30):(0.10-0.32),加入水量小于以上三者總量的20%,于0.1-0.2MPa下，攪拌中通入充足的空氣或氧氣,于50-70℃氧化,102-103℃水解聚合而成。反映周期控制在30-60min以內(nèi)。
　　用HNO3氧化時(shí),成本比較低,反應(yīng)周期短。所得產(chǎn)品濃度高,易于制成固體產(chǎn)品。若選用工業(yè)一級品原料,所得產(chǎn)品可用于飲用水處理。但反應(yīng)中生成的NO2,會造成環(huán)境污染,需增加專門吸收裝置予以處理。
　　綜上所述,直接氧化法雖然工藝簡單,操作簡便,但存在氧化劑用量大,成本高,氧化劑引入的離子需分離出去,反應(yīng)中產(chǎn)生的有害氣體需專門設(shè)備吸收處理等問題,因而難于在工業(yè)化生產(chǎn)中普及和應(yīng)用。但實(shí)驗(yàn)研究中需要少量的聚合硫酸鐵時(shí)采用此類方法制備簡單易行。
　　（5）催化氧化法:
　　聚合硫酸鐵在工業(yè)生產(chǎn)中多采用催化氧化法。即以硫酸亞鐵及硫酸為原料,借助催化劑(NaNO2)的作用,利用氧化劑使硫酸亞鐵在酸性介質(zhì)中被氧化成三價(jià)鐵離子。然后用氫氧化鈉中和,調(diào)整堿化度進(jìn)行水解,聚合反應(yīng)制得聚合硫酸鐵。其制備原理如下:
　　（1）催化氧化反應(yīng)(慢反應(yīng)):
　　2FeSO4+(1/2)O2+H2SO4—→Fe2(SO4)3?+H2O
　　（2）水解反應(yīng)(快反應(yīng)):
　　Fe2(SO4)3+H2O—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+(n/2)H2SO4
　　（3）聚合反應(yīng)(快反應(yīng)):
　　m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]—→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m
　　其中:n2,mf(n) 2NO+O2—→2NO2
　　2FeSO4+H2SO4+NO2—→Fe2(SO4)3+NO+H2O
　　Fe2(SO4)3+nNaOH—→Fe2(OH)n(SO4)?3-n/2+(n/2)Na2SO4
　　m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]—→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m
　　副反應(yīng):
　　2NO2+HO2—→HNO2+NO
　　此法簡單易行,但尚有不足之處。催化劑NaNO2是致癌物質(zhì),且生產(chǎn)過程中投加量大,產(chǎn)品中的亞硝酸根離子易超標(biāo),限制了其在飲用水處理中的應(yīng)用;氮的氧化物排出,污染環(huán)境,后處理工序復(fù)雜;反應(yīng)速率慢,要適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，需采用改進(jìn)措施。為解決上述不足,不少研究者提出了許多有意義的改進(jìn)方法，如加溫加壓,改善生產(chǎn)工藝,添加助催化劑，配以強(qiáng)力攪拌,尋找更為有效且無毒的催化劑等。采用催化法生產(chǎn)聚合硫酸鐵,雖然已進(jìn)入了工業(yè)化的階段，但在改進(jìn)工藝和設(shè)備,縮短反映時(shí)間,提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本和能耗等方面，仍有待科研工作者去進(jìn)一步研究解決。
　　（6）氮氧化物催化氧化法:
　　硫酸亞鐵和硫酸為原料、硝酸為氧化劑的合成法與以硫酸亞鐵、硫酸、氧氣為原料,硝酸為催化劑的合成法的反應(yīng)機(jī)理是完全不同的。前者是以液體硝酸為氧化劑,還原產(chǎn)物NO逸出溶液,不具有任何催化作用。這種方法的特點(diǎn)是硝酸用量大,Fe2+完全靠硝酸中的正五價(jià)氮氧化,屬于液液反應(yīng)。后者是以硝酸為催化劑,其特點(diǎn)是在硫酸、硫酸亞鐵和水的混合液中加入少量的硝酸,還原產(chǎn)物NO再與O2反應(yīng),生成NO2,NO2再氧化Fe2+,如此循環(huán),直至Fe2+被完全氧化為止。該方法是一種氣液反應(yīng)。最近,美國也有利用類似原理生產(chǎn)聚合硫酸鐵的專利,其生產(chǎn)過程是在70～150℃,一定的壓力、氮氧化物的催化作用下,用氧氣將Fe2+氧化成Fe3+。
　　其生產(chǎn)過程是:將硫酸亞鐵和硫酸的混合液噴入反應(yīng)器,并保持反應(yīng)液占反應(yīng)器總體積的1/3。溶液在噴射過程中,與氣相中的NO、NO2和O2反應(yīng),最后生成聚合硫酸鐵。經(jīng)測定,溶液中含有大量大分子絡(luò)合物。氧化反應(yīng)生成的聚合硫酸鐵中含有NOx,需將其送至脫氮器,并向脫氮器中充入氧,使脫出NOx的混合氣體再循環(huán)到反應(yīng)器使用。此法的原理與反應(yīng)塔法制備聚合硫酸鐵的原理相同。它們的區(qū)別在于,前者是將液體噴射霧化,后者是利用填料的較大比表面積,加強(qiáng)氣體的吸收過程,提高反應(yīng)速度。由于原料硫酸亞鐵在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中往往混入雜質(zhì),這對聚合硫酸鐵的生產(chǎn)設(shè)備提出了更高的要求。在采用填料塔法生產(chǎn)時(shí),原料不經(jīng)預(yù)處理可以直接用于生產(chǎn)。
　　另外,采用填料塔法生產(chǎn),可以在較低的溫度和常壓下進(jìn)行,具有安全方便的特點(diǎn)。氮氧化物在催化氧化過程中消耗很少,而且可以循環(huán)使用,這樣既不會造成浪費(fèi),也不會帶來污染問題。
　　（7）生物氧化法:
　　生物氧化法是以硫鐵礦為原料，引入混合菌種作為料液，在室溫下通入空氣作氧化劑，加入合適的營養(yǎng)物質(zhì),FeSO4在微生物作用下經(jīng)氧化、水解、聚合反應(yīng)得到生物聚合硫酸鐵（BPFS）。
　　硫鐵礦主要成分是FeS2,先經(jīng)過自然氧化為FeSO4:
　　2FeSO4+7O2+2H2O—→2FeSO4+2H2SO4
　　亞鐵離子經(jīng)氧化亞鐵桿菌作用,生成三價(jià)鐵離子:
　　2FeSO4+O2+H2SO4—→Fe2(SO4)3+H2O
　　以后的FeS2靠Fe2(SO4)3氧化成三價(jià)鐵離子:
　　Fe2(SO4)3+FeS2—→3FeSO4+2S
　　生產(chǎn)的硫磺經(jīng)氧化硫酸桿菌作用轉(zhuǎn)化為硫酸:
　　氧化硫酸桿菌↓2S+H2O+O2—→H2SO4
　　這種方法生產(chǎn)PFS,所采用的原料來源廣,生產(chǎn)設(shè)備簡單,成本較低;無需高溫高壓和消毒催化劑,生產(chǎn)中無任何毒副作用。其不足之處是產(chǎn)品中亞鐵離子含量較高,影響凈水效果,此種工藝目前還未普遍使用。
　　(8)一步合成法:
　　一步合成法是將雙氧水、氯酸鉀等氧化劑溶于堿性或中性含鉀化合物中制成氧化劑溶液;在沸點(diǎn)溫度下控制pH值,加熱攪拌FeSO4懸浮液,制成一定濃度的FeSO4溶液;將制備的氧化劑溶液加入到FeSO4溶液中,可制得粒徑0.2～0.7nm的固體聚合硫酸鐵。

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