[發(fā)明專利]多元共聚鐵系凈水劑的生產(chǎn)方法

無效

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• 申請日: 1996-05-29
• 公開（公告）號: CN1156127A
• 公開（公告）日: 1997-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莫炳祿;公國慶;阮復(fù)昌;盧燕玲
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: C02F1/52
• 分類號: C02F1/52
• 代理公司: 華南理工大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 何燕玲

本發(fā)明涉及用于處理自來水、工業(yè)用水、工業(yè)廢水及城市污水等的絮凝劑的生產(chǎn)方法，更準(zhǔn)確地說是涉及用于處理自來水、工業(yè)用水、工業(yè)廢水及城市污水等的無機(jī)高分子絮凝劑——多元共聚鐵系凈水劑的生產(chǎn)方法。

多元共聚鐵系凈水劑是一種改性聚合硫酸鐵，是對聚合硫酸鐵傳統(tǒng)產(chǎn)品的一種改造和提高，是一種更高品質(zhì)的聚合硫酸鐵新品種。

聚合硫酸鐵是近幾年發(fā)展起來的一種重要元機(jī)高分子絮凝劑。聚合硫酸鐵與傳統(tǒng)的絮凝劑如三氯化鐵、硫酸鋁、氯化硫酸鐵等相比，具有生產(chǎn)成本低、且凈化過程的投加量少、適用pH范圍廣、雜質(zhì)(濁度、重金屬、COD、懸浮物等)去除率高、殘留物濃度低、礬花沉降速度快，脫色效果好等優(yōu)點(diǎn)。聚合硫酸鐵的生產(chǎn)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(chǎn)方法主要可分為二大類：(1)直接氧化法，即采用強(qiáng)氧化劑(如H₂O₂、NaClO、KClO₃和MnO₂等)直接將亞鐵離子氧化為鐵離子，再經(jīng)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，利用空氣或氧氣將亞鐵離子氧化為鐵離子，同樣經(jīng)水解和聚合而得到聚合硫酸鐵。直接氧化法因?yàn)檠趸瘎┫牧亢艽?，成本過高，加之由氧化劑而引進(jìn)的殘留物的分離費(fèi)用較大，不分離又將影響產(chǎn)品的質(zhì)量，所以難以工業(yè)化生產(chǎn)。

目前，國內(nèi)外普遍采用催化氧化法生產(chǎn)聚合硫酸鐵，且主要以亞硝酸鈉和硝酸作催化劑。例如日本特許公開昭51-17516公開了一種聚合硫酸鐵的生產(chǎn)方法，是以硫酸亞鐵為原料，以亞硝酸鈉為催化劑，在一定溫度、壓力下通空氣氧化，經(jīng)水解和聚合得到液體聚合硫酸鐵。公開號為CN1040505A(1990年)的中國發(fā)明專利，申請公開的方法是以亞硝酸鈉為催化劑，硫酸亞鐵用空氣氧化后與硫酸反應(yīng)制得液體聚合硫酸鐵。公開號為CN1053322A(1991年)的中國發(fā)明專利，申請公開的方法是以硝酸為催化劑和氧化劑，硫酸亞鐵在硫酸存在的條件下經(jīng)氧化、水解和聚合后制得了液體聚合硫酸鐵。總括目前國內(nèi)外業(yè)已開發(fā)的生產(chǎn)聚合硫酸鐵的各項(xiàng)技術(shù)，大多存在如下缺點(diǎn)或不足：

(1)反應(yīng)速度慢，生產(chǎn)周期長達(dá)15～18h，致使生產(chǎn)效率及設(shè)備利用率很低，生產(chǎn)成本較高。

(2)這些生產(chǎn)方法對酸度都存在極大的依賴性，即酸的投加量必須很大才能保證最終的產(chǎn)品混合物中不出現(xiàn)氫氧化鐵沉淀，而酸的投加量增大必然降低產(chǎn)品的鹽基度，從而影響其凈水效果。

(3)由于這些生產(chǎn)方法都會(huì)產(chǎn)生較多的氮的氧化物，而且都是在反應(yīng)結(jié)束前的一個(gè)短時(shí)間內(nèi)迅速產(chǎn)生，既污染了環(huán)境，又危害了安全生產(chǎn)。為了安全起見，反應(yīng)釜往往在低負(fù)荷運(yùn)行，致使設(shè)備效率低。

此外，普通聚合硫酸鐵用于自來水的凈化，效果普遍比不上堿式氯化鋁，很難達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，所以在自來水行業(yè)主要仍采用堿式氯化鋁作凈水劑。本發(fā)明的多元共聚鐵系凈水劑由于鹽基度高、分子聚合度大且存在多組分協(xié)同作用，其穩(wěn)定性和凈水效果比普通聚合硫酸鐵和堿式氯化鋁優(yōu)越得多。由于多元共聚鐵系凈水劑不含鋁及其他有害成分，用于自來水凈化，徹底消除了鋁及其他有害成分對人體健康的潛在危害。

聚合硫酸鐵的分子式可簡單地表示為[Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2]_m，其對應(yīng)的鹽基度聚合硫酸鐵的鹽基度越高，即n值越大，產(chǎn)品聚合度m也越高，其形成的礬花越大，絮凝效果越好，絮體的沉降速度越快。我國規(guī)定聚合硫酸鐵一級品的鹽基度必須≥12％，日本標(biāo)準(zhǔn)樣品的鹽基度規(guī)定為8.33～16.67％。但到目前為止，國內(nèi)外聚合硫酸鐵工業(yè)品的鹽基度大多為8～12％，鹽基度超過16.67％的聚合硫酸鐵產(chǎn)品至今未見報(bào)導(dǎo)。因此，設(shè)法提高聚合硫酸鐵的鹽基度就成為改善產(chǎn)品質(zhì)量的一條重要途徑。

發(fā)明人經(jīng)過長期探索性試驗(yàn)與研究，篩選出一種新的催化劑和改性劑——硝酸鋅、硝酸鎂、硝酸鈣、磷酸、鹽酸及由它們組成的混合物，不僅大大加快了反應(yīng)速度，使反應(yīng)時(shí)間縮短至1h左右，而且在保證最終的產(chǎn)品混合物中不出現(xiàn)氫氧化鐵沉淀的前提下，有效地降低了硫酸的投加量，從而顯著地提高了產(chǎn)品的鹽基度。實(shí)事上，系統(tǒng)中少量的氯離子可增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，并顯著地提高聚合反應(yīng)的速度和分子聚合度；少量磷酸根的存在亦可顯著地增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，并有利于礬花的形成和快速沉降；而少量鋅、鎂和鈣離子的存在不僅消除了鋁對人體健康的危害，而且顯著地強(qiáng)化了產(chǎn)品脫色、除濁和脫除重金屬等方面的性能。