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CN113247960A - 一种纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法 - Google Patents

一种纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法 Download PDF

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CN113247960A CN202110497214.4A CN202110497214A CN113247960A CN 113247960 A CN113247960 A CN 113247960A CN 202110497214 A CN202110497214 A CN 202110497214A CN 113247960 A CN113247960 A CN 113247960A
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王公轲
上官文靖
李金昂
张静怡
李琪
窦文曼
付贤军
陈得军
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    • C01G49/14Sulfates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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Abstract

本发明公开了一种纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法,属于固体聚合硫酸铁的制备技术领域。本发明的生产方法是一种在室温条件下无需烘干和脱水直接一步合成纳米复合聚合硫酸铁的短流程生产工艺,所生产的纳米复合固体聚合硫酸铁符合国家标准(GB14591‑2006水处理剂聚合硫酸铁)中的要求并且用途广泛,不仅能净化污水、饮用水,也能作为高效除臭剂。

Description

一种纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法
技术领域
本发明属于固体聚合硫酸铁的制备技术领域,具体涉及一种纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法。
背景技术
化学处理在给水和污水处理中是一个非常重要的单元,其中絮凝剂是一种可用于未有效分离引起水污染的细小悬浮颗粒的化学药剂。目前絮凝剂的主要品种仍然是铁盐和铝盐。我国从上世纪80年代初期开始研制无机高分子絮凝剂聚合硫酸铁。80年代以来,纳米二氧化钛开始打开市场,其在催化及环境保护方面应用前景广阔。
纳米二氧化钛具有优越的抗菌性能,对重金属有很好的吸附作用,是一种性能优良的吸附剂。液体聚合硫酸铁因贮存不便,运输困难,很大程度上制约了它的推广应用,因此固体聚合硫酸铁的研制和开发便成了人们关注的焦点。固体聚合硫酸铁有水解速度快,絮凝比重大,沉降迅速,适用pH范围宽等优点,并且原料来源广泛,价格低廉,生产成本低,故具有很强的竞争力。
目前纳米二氧化钛的制备方法有很多,根据物质的原始状态可分为:固相法,依靠固体颗粒之间的混合来促进反应,不适合制备微粒;液相法,将钛的氯化物或醇盐先水解生成氢氧化钛(或羟基氧钛),再经煅烧得到;气相法,预先处理为气相的样品在液氮的气氛下冷凝成核制得纳米二氧化钛粉体,但该法不适于制备沸点较高的半导体氧化物。聚合硫酸铁固体化存在两种路线:一是先生成液体,后采取喷雾干燥或减压浓缩获得固体,此类方法生产设备复杂、耗能大;二是专利文献CN1105342A涉及的脱水氧化法,所得产品盐基度较低,工艺条件繁琐,絮凝效果不佳。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种工艺简单且成本低廉的纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法,该方法是一种在室温条件下无需烘干和脱水直接一步合成纳米复合聚合硫酸铁的短流程生产工艺,此生产工艺得到的产品符合国家标准,并且能够满足工业使用中的要求。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案,一种纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法,其特征在于具体步骤为:
步骤S1:将氢氧化钠固体溶于去离子水中,再加入二氧化钛粉末并置于磁力搅拌器上常温搅拌混合均匀,将搅拌均匀的混合溶液置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,置于电鼓风干燥箱中设置温度为160~200℃反应20~30h,自然冷却至室温取出产物,用去离子水反复清洗至残余质量不变并抽滤,再用盐酸溶液中和至中性得到钛酸纳米线;
步骤S2:将工业级硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和步骤S1得到的钛酸纳米线置于耐酸反应釜中,加热至300~400℃电动搅拌至泥浆状,再以喷淋的方式加入浓硫酸溶液和双氧水溶液,加入完毕后充分搅拌反应1~3h,然后加入工业级铵盐,搅拌均匀后将产物全部转移至冷凝池,冷却静置24~48h,最终得到纳米复合固体聚合硫酸铁,该纳米复合固体聚合硫酸铁符合国家标准-GB14591-2006水处理剂聚合硫酸铁中的要求。
进一步限定,步骤S1中所述氢氧化钠固体与二氧化钛粉末的投料质量比为9:1。
进一步限定,步骤S2中所述硫工业酸亚铁、钛酸纳米线、浓硫酸、双氧水和工业级铵盐的投料质量比为100:20:5~15:15~25:1~5,其中浓硫酸溶液的质量浓度为98%,双氧水溶液的质量浓度为50%。
进一步限定,步骤S2中所述工业级铵盐为氨基钠与碳酸氢铵、氯化铵、碳酸铵、硫酸铵、磷酸铵或硝酸铵中的一种或几种的混合物。
本发明所述的生产纳米复合固体聚合硫酸铁的方法,生产过程中,具有强烈“锁水”能力的铵离子和硫酸根及三价铁离子形成硫酸高铁铵,形成一分子的晶体将结合十二个水分子,从而能够使流动态聚合硫酸铁在不经过烘干的情况下直接变成纳米复合固体聚合硫酸铁。所述的钛酸纳米线与工业硫酸亚铁复合后的产品纳米复合固体硫酸铁的处理范围更加广泛,特别是处理有机废水和除臭效果更好。
本发明与现有技术相比具有以下优点:本发明具有成本低、能耗低、操作流程简易、设备简单等优点,所生产的纳米复合固体聚合硫酸铁符合国家标准(GB14591-2006水处理剂聚合硫酸铁)中的要求并且用途广泛,不仅能净化污水、饮用水,也能作为高效除臭剂。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明,但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
称取36g氢氧化钠固体溶于500mL去离子水中,称取4g二氧化钛粉末加入氢氧化钠溶液中,将混合溶液置于磁力搅拌器上常温搅拌1h,将搅拌均匀的混合溶液平均放入6个100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,置于电鼓风干燥箱中设置温度为180℃反应24h,自然冷却至室温,取出产物,用去离子水反复清洗至残余质量不变,并抽滤,再用盐酸溶液将其中和至中性得到钛酸纳米线;称取10kg工业硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和2kg上述制得的钛酸钠米线放入耐酸反应釜中,加热至300~400℃,电动搅拌至泥浆状,然后向反应釜中分别喷洒1kg质量浓度为98%的浓硫酸溶液和2kg质量浓度为50%的双氧水溶液,加入完毕后充分搅拌反应 2h,加入工业级铵盐氨基钠0.0125kg,碳酸氢铵0.025kg和氯化铵0.163kg,搅拌均匀后将产物全部移至冷凝池,冷却静置48h,得到纳米复合固体聚合硫酸铁,该纳米复合固体聚合硫酸铁符合国家标准-GB14591-2006水处理剂聚合硫酸铁中的要求。
实施例 2
称取36g氢氧化钠固体溶于500mL去离子水中,称取4g二氧化钛粉末加入氢氧化钠溶液中,将混合溶液置于磁力搅拌器上常温搅拌1h,将搅拌均匀的混合溶液平均放入6个100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,置于电鼓风干燥箱中设置温度为180℃反应24h,自然冷却至室温,取出产物,用去离子水反复清洗至残余质量不变,并抽滤,再用盐酸溶液将其中和至中性得到钛酸纳米线;称取20kg工业硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和4kg上述制得的钛酸钠米线放入耐酸反应釜中,加热至 300~400℃,电动搅拌至泥浆状,然后向反应釜中分别喷洒2kg质量浓度为 98%的浓硫酸溶液和4.2kg质量浓度为50%的双氧水溶液,加入完毕后充分搅拌反应4h,加入工业级铵盐氨基钠0.025 kg,碳酸氢铵0.200 kg和氯化铵0.926 kg,搅拌均匀后将产物全部移至冷凝池,冷却静置36h,得到纳米复合固体聚合硫酸铁,该纳米复合固体聚合硫酸铁符合国家标准-GB14591-2006水处理剂聚合硫酸铁中的要求。
实施例3
称取36g氢氧化钠固体溶于500mL去离子水中,称取4g二氧化钛粉末加入氢氧化钠溶液中,将混合溶液置于磁力搅拌器上常温搅拌1h,将搅拌均匀的混合溶液平均放入6个100mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,置于电鼓风干燥箱中设置温度为180℃反应24h,自然冷却至室温,取出产物,用去离子水反复清洗至残余质量不变,并抽滤,再用盐酸溶液将其中和至中性得到钛酸纳米线;称取5kg工业硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和1kg上述制得的钛酸钠米线放入耐酸反应釜中,加热至300~400℃,电动搅拌至泥浆状,然后向反应釜中喷洒0.543kg质量浓度98%的浓硫酸溶液和1.081kg质量浓度为50%的双氧水溶液,加入完毕后充分搅拌反应2h,加入工业铵盐氨基钠0.008kg,硝酸铵0.016kg,硫酸铵0.012kg,搅拌均匀后将产物全部移至冷凝池,冷却静置24h,得到纳米复合固体聚合硫酸铁,该纳米复合固体聚合硫酸铁符合国家标准-GB14591-2006水处理剂聚合硫酸铁中的要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理,主要特征和优点,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (4)

1.一种纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法,其特征在于具体步骤为:
步骤S1:将氢氧化钠固体溶于去离子水中,再加入二氧化钛粉末并置于磁力搅拌器上常温搅拌混合均匀,将搅拌均匀的混合溶液置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中,置于电鼓风干燥箱中设置温度为160~200℃反应20~30h,自然冷却至室温取出产物,用去离子水反复清洗至残余质量不变并抽滤,再用盐酸溶液中和至中性得到钛酸纳米线;
步骤S2:将工业级硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)和步骤S1得到的钛酸纳米线置于耐酸反应釜中,加热至300~400℃电动搅拌至泥浆状,再以喷淋的方式加入浓硫酸溶液和双氧水溶液,加入完毕后充分搅拌反应1~3h,然后加入工业级铵盐,搅拌均匀后将产物全部转移至冷凝池,冷却静置24~48h,最终得到纳米复合固体聚合硫酸铁,该纳米复合固体聚合硫酸铁符合国家标准-GB14591-2006水处理剂聚合硫酸铁中的要求。
2.根据权利要求1所述的纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法,其特征在于:步骤S1中所述氢氧化钠固体与二氧化钛粉末的投料质量比为9:1。
3.根据权利要求1所述的纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法,其特征在于:步骤S2中所述工业硫酸亚铁、钛酸纳米线、浓硫酸、双氧水和工业级铵盐的投料质量比为100:20:5~15:15~25:1~5,其中浓硫酸溶液的质量浓度为98%,双氧水溶液的质量浓度为50%。
4.根据权利要求1所述的纳米复合固体聚合硫酸铁的生产方法,其特征在于:步骤S2中所述工业级铵盐为氨基钠与碳酸氢铵、氯化铵、碳酸铵、硫酸铵、磷酸铵或硝酸铵中的一种或几种的混合物。
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