专利名称：：基于水热法合成纳米聚合硫酸铁絮凝剂的方法
技术领域：
：本发明涉及一种制备纳米聚合硫酸铁絮凝剂的方法，特指以硫酸铁(Fe2(S04kxH20)、乙二醇、乙酸钠为原料，基于水热法合成纳米聚合硫酸铁絮凝剂的方法。
背景技术：
：聚合硫酸铁(Polyferricsulfate,PFS)，其分子式可表示为[Fe2(OH)n(S04)3./2]m，是硫酸铁在水解-絮凝过程中的一个中间产物，是由一O—或一OH桥连接而成的六配位的铁的多核高聚物，具有八面体结构。它能通过吸附、架桥、交联等作用，促使水中胶体微粒与有机物形成粗大的絮团而迅速沉降，是20世纪70年代国外开发的一种新型无机高分子混凝剂。聚合硫酸铁无毒性、腐蚀性小，且具有脱色、除臭、破乳及污泥脱水等功能，我国20世纪80年代中期开始研制，目前已经有数百家单位生产液体聚合硫酸铁。液体聚铁因贮存不便，运输困难，很大程度上制约了它的推广应用。所以，固体聚合硫酸铁的研制和开发便成为人们关注的焦点。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；另外，原料来源广泛、价格低廉、生产成本低，故具有很强的竞争力。但普通的固体聚合硫酸铁水溶性差，而且投入量比较大，在一定程度上限制了其应用。
发明内容本发明提出了一种制备纳米聚合硫酸铁絮凝剂的方法，特指以硫酸铁(Fe"SOAxH20)、乙二醇、乙酸钠为原料，基于水热法合成纳米聚合硫酸铁絮凝剂的方法。其具有表面原子数多、颗粒比表面积大、比表面能高等优点，在处理废水时投入量小、絮凝效果显著、处理成本低。纳米聚合硫酸铁制备方法如下称取Fe2(S04)3'xH20于乙二醇溶液中，在5080。C的超声波反应器中反应；在搅拌条件下缓慢滴加lmol/L的乙酸钠溶液，调节溶液的pH为0.8-1.4后，继续搅拌反应0.5h以上；将所得反应液放入水热反应釜中，在120-150'C的条件下水热反应1416h;反应后，将水热反应釜底部的聚合硫酸铁洗涤、抽滤，放恒温干燥箱中干燥，即得纳米聚合硫酸铁絮凝剂。所述的调节溶液的pH为1.3较佳。所述的水热反应温度为120-150'C较佳。本发明制备的纳米聚合硫酸铁颗粒，以硫酸铁(Fe2(S04)yxH20)、乙二醇、乙酸钠为原料，控制一定条件，Fe2(S04)3'xH20,先水解生成碱式硫酸铁；然后经完全水解、聚合作用生成聚合硫酸铁。其反应原理如下水解Fe2(S04)+nH20——Fe(OH)n(S04)3.n/2+n/2H2S04聚合m[Fe(OH)n(S04)w2]~~[Fe2(OH)n(S04)式中m表示聚合度的大小，聚合度m在反应过程中是逐渐增加的，该值是个表观值。用水热法合成原理，在一定的酸度条件下，控制聚合硫酸铁的聚合度，从而使其生长为纳米颗粒。本发明具有使用时投入量小、絮凝效果显著、处理成本低等特性，同时具有反应条件温和、反应易于控制、成本低、工艺和流程简便的优点。图1实施例1的纳米聚合硫酸铁X-衍射图图2实施例l的聚合硫酸铁红外谱图图3实施例l的聚合硫酸铁透射电镜(TEM)图图4实施例l的聚合硫酸铁扫描电镜(SEM)图图5实施例2的聚合硫酸铁透射电镜(TEM)图图6实施例2的聚合硫酸铁扫描电镜(SEM)图图7实施例3的纳米聚合硫酸铁X-衍射图图8实施例3的聚合硫酸铁红外谱图图9实施例3的聚合硫酸铁透射电镜(TEM)图图10实施例3的聚合硫酸铁扫描电镜(SEM)图具体实施例方式下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。实施例1称取8gFe2(SO4)3.xH2O于100mL乙二醇溶液中，在6(TC的超声波反应器中超声反应。在搅拌条件下缓慢滴加20mLlmol/L乙酸钠溶液，调节溶液的pH为1.30后，继续搅拌反应0.5h。此时的溶液为红褐色。将该反应液放水热反应釜中，在15(TC的条件下水热反应15h。反应后,将水热反应釜底部的聚合硫酸铁洗涤、抽虑，放恒温干燥箱中干燥，即得纳米聚合硫酸铁絮凝剂。2.样品的分子结构测定用辐射源为Cu(KcO的D/max-RaX射线衍射仪测量纳米材料的晶体结构，扫描速度为0.05°/s，扫描角度范围为10。80。。结果如图l所示；用美国NicoletcompanyNEXUS470傅立叶红外光谱仪对纳米聚合硫酸铁颗粒做红外谱图分析，结果如图2所示。3.样品颗粒大小及分子表面形态测定用荷兰philipscompanyTecnia12透射电镜对纳米聚合硫酸铁颗粒做TEM分析；用荷兰philipscompanyXL-30ESEM扫描电镜对纳米聚合硫酸铁做SEM分析。结果分别如图3、图4所示。4.纳米聚合硫酸铁絮凝实验选用镇江段长江水样作为絮凝实验用水，用重铬酸钾法测定水样的化学需氧量(COD&)，用GDS-3A光电式浑浊度仪测量水样的浊度。同时以自制液态硫酸铁和河南巩义绿源水处理材料有限公司生产的聚合氯化铝和聚丙烯酰胺作对比实验，得出各自的去除CODa和去除浊度效果。实验结果如表l。表l不同絮凝剂去除COD和去除浊度效果<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>聚合氯化铝36.5214.4344.59.160.479.5(PAC)聚丙烯酰胺36.527.6444.56.979.184.5(PAM)实施例2称取8gFe2(SO4VxH2O于100mL乙二醇溶液中，在80'C的超声波反应器中超声反应。在搅拌条件下缓慢滴加15mLlmol/L乙酸钠溶液，调节溶液的pH为1.00后，继续搅拌反应0.6h。此时的溶液为红褐色。将该反应液放水热反应釜中，在150。C的条件下水热反应15h。反应后，将水热反应釜底部的聚合硫酸铁洗涤、抽虑，放恒温干燥箱中干燥，即得纳米聚合硫酸铁絮凝剂。2.样品的分子结构测定用辐射源为Cu(Kci)的D/max-RaX射线衍射仪测量纳米材料的晶体结构，扫描速度为0.05°/s，扫描角度范围为10。80。，结果如图l所示。用美国NicoletcompanyNEXUS470傅立叶红外光谱仪对纳米聚合硫酸铁颗粒做红外谱图分析，结果如图2所示。3.样品颗粒大小及分子表面形态测定用荷兰philipscompanyTecnia12透射电镜对纳米聚合硫酸铁颗粒做TEM分析；用荷兰philipscompanyXL-30ESEM扫描电镜对纳米聚合硫酸铁做SEM分析。结果分别如图5、图6所示。4.纳米聚合硫酸铁絮凝实验选用镇江段长江水样作为絮凝实验用水，用重铬酸钾法测定水样的化学需氧量(COD。)，用GDS-3A光电式浑浊度仪测量水样的浊度。同时以自制液态硫酸铁和河南巩义绿源水处理材料有限公司生产的聚合氯化铝和聚丙烯酰胺作对比实验，得出各自的去除CODo和去除浊度效果。实验结果如表2。表2不同絮凝剂去除COD和去除浊度效果<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例3称取8gFe2(SO4)3'xH2O于100mL乙二醇溶液中，在50。C的超声波反应器中超声反应。在搅拌条件下缓慢滴加20mLlmol/L乙酸钠溶液，调节溶液的pH为1.30后，继续搅拌反应1.0h。此时的溶液为红褐色。将该反应液放水热反应釜中，在120'C的条件下水热反应15h。反应后，将水热反应釜底部的聚合硫酸铁洗涤、抽虑，放恒温干燥箱中千燥，即得纳米聚合硫酸铁絮凝剂。2.样品的分子结构测定用辐射源为Cu(Ka)的D/max-RaX射线衍射仪测量纳米材料的晶体结构，扫描速度为0.05°/s，扫描角度范围为10。80。，结果如图7。用美国NicoletcompanyNEXUS470傅立叶红外光谱仪对纳米聚合硫酸铁颗粒做红外谱图分析，结果如图8。3.样品颗粒大小及分子表面形态测定用荷兰philipscompanyTecnia12透射电镜对纳米聚合硫酸铁颗粒做TEM分析；用荷兰philipscompanyXL-30ESEM扫描电镜对纳米聚合硫酸铁做SEM分析。结果分别如图9、图10所示。4.纳米聚合硫酸铁絮凝实验选用镇江段长江水样作为絮凝实验用水，用重铬酸钾法测定水样的化学需氧量(CODcr)，用GDS-3A光电式浑浊度仪测量水样的浊度。同时以自制液态硫酸铁和河南巩义绿源水处理材料有限公司生产的聚合氯化铝和聚丙烯酰胺作对比实验，得出各自的去除CODo和去除浊度效果。实验结果如表3。表3不同絮凝剂去除COD和去除浊度效果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1.基于水热法合成纳米聚合硫酸铁絮凝剂的方法，以硫酸铁(Fe2(SO4)3·xH2O)、乙二醇、乙酸钠为原料，水热法合成纳米聚合硫酸铁颗粒，其特征在于制备方法如下称取Fe2(SO4)3·xH2O于乙二醇溶液中，在50～80℃的超声波反应器中反应；在搅拌条件下缓慢滴加1mol/L的乙酸钠溶液，调节溶液的pH为0.8-1.4后，继续搅拌反应0.5h以上；将所得反应液放入水热反应釜中，在120-150℃的条件下水热反应14～16h；反应后，将水热反应釜底部的聚合硫酸铁洗涤、抽滤，放恒温干燥箱中干燥，即得纳米聚合硫酸铁絮凝剂。2.根据权利要求l所述的基于水热法合成纳米聚合硫酸铁絮凝剂的方法，其特征是所述的调节溶液的pH为1.3。3.根据权利要求l所述的基于水热法合成纳米聚合硫酸铁絮凝剂的方法，其特征是所述的水热反应温度为120-15(TC。全文摘要本发明涉及一种制备纳米聚合硫酸铁絮凝剂的方法，特指以硫酸铁(Fe<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>·xH<sub>2</sub>O)、乙二醇、乙酸钠为原料，基于水热法合成纳米聚合硫酸铁絮凝剂的方法。其称取Fe<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>·xH<sub>2</sub>O于乙二醇溶液中，在50～80℃的超声波反应器中反应；在搅拌条件下缓慢滴加1mol/L的乙酸钠溶液，调节溶液的pH为0.8-1.4后，继续搅拌反应0.5h以上；将所得反应液放入水热反应釜中，在120-150℃的条件下水热反应14～16h；反应后，将水热反应釜底部的聚合硫酸铁洗涤、抽滤，放恒温干燥箱中干燥，即得纳米聚合硫酸铁絮凝剂。用本发明方法制备的纳米聚合硫酸铁，具有投入量小、絮凝效果显著、处理成本低等性能，同时本方法具有反应条件温和、反应易于控制、成本低、工艺和流程简便的优点。文档编号C02F1/52GK101302038SQ200710023200公开日2008年11月12日申请日期2007年6月8日优先权日2007年6月8日发明者刘彬彬,红唐,晏井春,朱富坤,葛建华,闫永胜申请人:江苏大学