聚合三氯化鐵(PFC)制備方法

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

[物化性質]聚合三氯化鐵(PFC)分子式為[Fe2(OH)nCl6-n·H2O]m，其相對密度為1.450，酸性，易溶于水，是20世紀80年代后期，針對鋁鹽絮凝劑殘留鋁對人體帶來嚴重危害及鋁的生物毒性問題，以及鐵鹽絮凝劑混凝效果差、產品穩定性不好等不足之處，研制開發的新型無機高分子絮凝劑。聚合氯化鐵具有用量少、沉降速度快、去除率高等特點，絮凝效果與三氯化鐵比較要好得多。當處理的水溫較低時，效果更明顯。目前，制備聚合三氯化鐵的方法很多，在實驗室中的制備研究已有大約20年的歷史，并在一些方面顯現優勢，但一直未能在生產實踐中推廣應用，其原因在于PFC的混凝效果相對于聚合鋁仍然較差。人們嘗試在PFC的制備過程中加入一定量的添加劑(通常是磷酸鹽類)，來制得穩定；性高達一年以上的產品，其中又以利用鋼鐵鹽酸清洗廢液制備高濃度聚合氯化鐵混凝劑的方法較為經濟簡便。

[制備方法](1)以三氯化鐵為原料

在三氯化鐵溶液中加入氫氧化鈉，生成堿式氯化鐵鈉，加入氫氧化鈣生成堿式氯化鐵-鈣。要求鐵離子(Fe3+)濃度范圍在0.01～0.75mol/L，氫氧根與鐵的比(OH/Fe)0～2.5。具體配制如下：將10mL 0.5mol/L六水氯化鐵(FeCl3·6H2O)用水稀釋到200mL，在快速攪拌下，緩慢地加入50mL 0.25mol/L的氫氧化鈉，控制堿化度為11%左右，即為產品。每次制備數量不宜過多，制備后立即使用。如存放，不得超過20h，否則溶液將發生變化。

(2)以氯化亞鐵為原料

以FeCl2為原料時，需要先將FeCl2氧化成FeCl3，氧化方式有催化氧化法和直接氧化法。催化氧化法即在催化劑(如NaNO2、HNO3等)的作用下，利用空氣或氧氣將亞鐵離子氧化為鐵離子。空氣氧化反應極其緩慢，使用催化劑NaNO2可以加快反應速度，但是總的反應時間仍長達十多小時，而且催化劑使用量大，生產效率低，反應過程中排放的氮氧化物會對環境造成污染。為克服以上不足，國內外普遍采用在一定溫度和壓力下直接通人純氧進行氧化的方法制備。加熱加壓和提高氧氣濃度可使反應縮短至數小時。但是，此法對設備的要求高、技術難度大，增加了生產成本。

直接氧化法采用強氧化劑(如H2O2、NaClO3等)直接將亞鐵離子氧化成鐵離子，再經水解和聚合而得到聚合三氯化鐵。

(3)以鋼鐵鹽酸洗液為主要原料合成聚合氯化鐵

首先將含有氯化亞鐵和鹽酸的混合液加入儲罐中，并補加一定量的穩定劑。在反應塔頂部引入氯化亞鐵溶液和亞硝酸鈉，在反應塔底部引入氧氣，溶液流經填料表面時，使氣液充分接觸，達到氧化氯化亞鐵的目的。反應過程中通過循環泵使液體在反應塔和儲罐之間不斷循環，使亞鐵不斷氧化，直至完全轉化為Fe3+。反應過程中保持溶液的溫度在40～90℃范圍內，以利于絡合物的分解。工藝流程如圖2-14所示。聚合氯化鐵指標：Fe3+為8%～13%，鹽基度為6%～12%，Fe2+≤0.1%。

圖2-14 利用鋼鐵鹽酸洗液制備聚合三氯化鐵的工藝流程

[應用]隨著鋼鐵工業以及表面處理行業的發展，全國每年酸洗廢液的產生量早已超過百萬立方米，其污染危害是很明顯的。利用鋼鐵鹽酸洗液為原料制備聚合氯化鐵混凝劑，聚合氯化鐵對水溫變化不敏感，這在水處理工業中是非常重要的，聚合氯化鐵溶液中含有大量陽離子，可高水平發揮吸附、電中和的混凝作用，而且具有一定的堿度，其酸性低于氯化鐵溶液，腐蝕性相對較弱，在水處理過程中混凝反應迅速、絮體沉降速度快。這樣既減輕了鋼管廠處理酸洗廢液的負擔，同時也增加了效益。

聚合三氯化鐵可用于生活用水及生產給水的凈化處理。可直接計量投加或適當稀釋后投加，用作原水處理時有效投加量20～50mg/L。適用pH值范圍廣，處理后水的pH值降低不大，不增加水的色度，是一種新型高分子混凝劑。

聚合三氯化鐵可用于低濁度水的處理，湯鴻霄等用自制的聚合三氯化鐵與聚合硫酸鐵對低濁度河水做了對比性實驗，結果發現，在相同劑量時，使用聚合三氯化鐵，絮凝效果可提高20%～50%，而要處理到相同的濁度時，可節約藥劑20%～30%。

聚合三氯化鐵可以用于合成洗滌劑廢水的處理。合成洗滌劑廠排放的廢水中主要含有烷基苯磺酸鈉、苯、油類、酸堿和鹽類等，使用聚合三氯化鐵最佳的堿度值在0.1～0.4，適應的pH值范圍寬，當廢水pH值為4～10時，均能達到良好的處理效果。

聚合三氯化鐵還可以用于印染廢水的處理。印染廢水經生化處理后的COD、色度仍然超標，用聚合三氯化鐵處理印染廢水，COD的去除率最高可達77%，色度去除率可達82.5%，SS的去除率可達90.45%，是比較理想的混凝劑。

聚合三氯化鐵產品由于穩定性不高等特點影響了其大規模使用，而經改性的復合PFC高分子混凝劑較之有更好的穩定性和更好的處理效果。因此開發新型高效的復合型PFC混凝劑是當前研究中的一大熱點。

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