[發明專利]一種微生物催化合成聚合硫酸鐵的方法

無效

• 申請號: 200810242583.3
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN101503710A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 周立祥;宋興偉
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12R1/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明涉及用于給水排水等水處理中高分子無機絮凝劑—聚合硫酸鐵的微 生物催化合成方法，屬于環境工程技術領域。

二、背景技術

聚合硫酸鐵是近幾年發展起來的一種無機高分子絮凝劑，它是在鐵分子簇的 網絡結構中引入羥基，以OH^-架橋形成多核絡離子。聚合硫酸鐵與傳統絮凝劑如 三氯化鐵、硫酸鋁、氯化硫酸鐵等相比，具有凈化過程投加量少、使用pH范圍 廣、雜質(SS、COD、濁度等)去除率高、殘留物濃度低、礬花大且沉降快、脫 色效果好、無毒等優點。聚合硫酸鐵的生產方法多種多樣，但都包括了氧化、水 解和聚合等過程。若按氧化方式的不同來劃分，聚合硫酸鐵的生產方法主要分為 兩大類：(1)直接氧化法，即采用強氧化劑(如H₂O₂、NaClO、KClO₂和MnO₂等) 直接將亞鐵離子氧化為鐵離子，再經水解和聚合而得到聚合硫酸鐵；(2)催化氧 化法，即在催化劑的作用下，利用空氣或者氧氣將亞鐵離子氧化為鐵離子，同樣 經過高水解和聚合得到聚合硫酸鐵。直接氧化法因為氧化劑消耗量很大，成本較 高，加之由于氧化劑而引進的殘留物的分離費用較大，不分離又影響品質，合成 過程對設備和工藝要求較高，所以限制了其大規模工業化生產。

目前，國內外生產液體聚合硫酸鐵普遍采用催化氧化法，主要選用亞硝酸鈉、 硝酸或硝酸鹽作為催化劑，將它們加入含有亞鐵的反應釜中通以氧氣進行反應， 反應溫度一般要求加熱達到100℃左右并需加壓，反應時間需4~5小時。這些工 藝反應溫度高，工藝能耗高，另外，亞硝酸納本身毒性大，反應過程中還會有氮 氧化物產生，對環境有較大的污染。例如日本特許公開昭51-17516公開了一種 聚合硫酸鐵的生產方法，是以硫酸亞鐵為原料，在一定溫度、壓力下，以亞硝酸 鈉為催化劑，利用空氣進行氧化，經水解聚合得到液體聚合硫酸鐵。公開號為 CN1053322A(1991年)的中國專利，申請公開的方法是以硝酸為催化劑，硫酸 亞鐵用空氣氧化后與硫酸反應即制得了液體硫酸鐵。公開號為CN1109027A(1995 年)的中國專利，申請公開的方法是以亞硝酸鈉、硝酸或硝酸鹽為催化劑，在加 溫加壓及充氧的條件下，經氧化、水解和聚合等過程制得聚合硫酸鐵。

由于液體聚合硫酸鐵的pH較低，對金屬有一定的腐蝕作用，長途運輸較不 便，所以生產固體聚合硫酸鐵就顯得很必要。目前固體硫酸鐵的生產方法主要有 兩種：一種是由液體聚合硫酸鐵直接干燥而成，此法能耗大，成本高不易推廣； 另一種是將硫酸亞鐵脫水，在回轉窯內通過強氧化劑氧化而得。該法不但能耗高， 而且反應時間長(非均相反應)，生產工序多，氧化劑耗量大，成本也很高，且 氧化不完全，只有80％左右，成品鹽基度低，只有5％-8％。可見，要高效益地生 產固體聚合硫酸鐵，現有技術還很不成熟。

總括目前國內外已開發的生產聚合硫酸鐵的各項技術，大多側重于化學合 成方法的完善，工藝的創新極少涉及。傳統的化學合成工藝就是將所有的物料依 照一定的配比量同時加入反應釜中，然后充氧或者空氣，加溫加壓反應，經氧化、 水解和聚合等過程即制得液體聚合硫酸鐵產品。這些生產技術普遍存在如下缺 點：

(1)這些方法的反應過程往往需要強氧化劑、加溫、加壓等操作，反應劇烈、 條件控制嚴格，對設備和生產人員的要求較高，同時存在很大的安全生 產隱患。

(2)這些生產方法需要投加過量的硫酸才能防止產品中不出現大量的氫氧化 鐵沉淀，對酸度存在著過大的依賴性，而酸的投加量增大必然降低產品 的鹽基度，從而影響其產品應用效果。

(3)由于這些生產方法都會產生較多的氮的氧化物，而且都是在反應結束前 的一個短時間內迅速產生的，即污染了環境、又危害了安全生產和人員 健康，為了安全起見，反應釜往往低負荷運行，導致設備使用效率低下。

(4)用于生產固體聚合硫酸鐵時，產品鹽基度低、能耗高，成本和效益較低。