聚合硫酸鐵鹽基度受哪些因素影響？

1.物料配比對(duì)聚合硫酸鐵鹽基度的影響

在常溫下，當(dāng)酸度值和氧化劑輸入量相同時(shí)，改變物料配比可以提高反應(yīng)速率，獲得較高質(zhì)量的聚合硫酸鐵。當(dāng)硫酸亞鐵與硫酸的摩爾比為：1/1.20、1/1.25、1/1.30、1/1.35、1/1.40、1/1.45和1/1.50時(shí)，聚合硫酸鐵的鹽基度B(%)分別為11.8和12.5，從圖1可以看出，當(dāng)物料比為1/1.25和1/1.45時(shí)，鹽基度較高。在實(shí)際生產(chǎn)中，考慮到節(jié)約成本等問題，當(dāng)物料配比為1/1.45時(shí)，硫酸亞鐵添加過多，成本過高。綜合考慮實(shí)際投料比為1/1.25左右。

2.溫度對(duì)聚合硫酸鐵鹽基度的影響

對(duì)于大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)物濃度不變時(shí)，加熱可以提高反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚合硫酸鐵的鹽基度B(%)為8.7、8.8、9.7、10.2、11.9、13、11.4和65，其他條件不變?？梢钥闯?，聚合硫酸鐵的鹽基度隨著反應(yīng)溫度的升高而增加。當(dāng)反應(yīng)溫度升至55時(shí)，聚合硫酸鐵的鹽基度達(dá)到較高水平，且隨著連續(xù)加熱，鹽基度變化不大。因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)放熱反應(yīng)，如果溫度過高，一方面會(huì)引起氧化劑的部分分解，為了達(dá)到同樣的效果，會(huì)增加氧化劑的用量；另一方面，高溫也會(huì)導(dǎo)致聚合硫酸鐵分解產(chǎn)生沉淀，降低絮凝能力。綜合考慮，反應(yīng)溫度應(yīng)控制在55左右。

3.酸度對(duì)聚合硫酸鐵鹽基度的影響

常溫常壓下，pH分別為1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0，其他因素相同，聚合硫酸鐵的鹽基度分別為8.7、10.2、12.1、12.8、12.0、11.8，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，鹽基度隨著酸堿度的增加而降低.原因是在水解過程中，氫氧根離子和硫酸根離子與鐵離子的配位是一種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。當(dāng)SO42-較少時(shí)，更多的氫氧根離子與鐵離子結(jié)合，導(dǎo)致產(chǎn)物鹽基度較高，而過量的硫酸根離子，導(dǎo)致Fe2(SO4)3而不是PFS。在保證產(chǎn)品質(zhì)量合格和一定反應(yīng)速度的前提下，濃硫酸的較佳用量為4.3 mL，當(dāng)pH為2.5-3時(shí)，硫酸亞鐵與硫酸的摩爾比為1: 1.25，此時(shí)鹽基度較高。

4.氧化劑添加速率對(duì)聚合硫酸鐵鹽基度的影響

氧化劑氯酸鉀的加入速度直接影響反應(yīng)效果，加入速度慢，有利于物料的充分接觸。但反應(yīng)時(shí)間太長(zhǎng)、太慢、太晚，使Fe2(SO4)3水解沉淀，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，我們?cè)噲D加快添加速度，但還原性物質(zhì)(按Fe2計(jì)算)的含量明顯增加，F(xiàn)e2的轉(zhuǎn)化率達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)是，所以經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為2.5h內(nèi)連續(xù)均勻添加效果更好。

5.氧化劑用量對(duì)聚合硫酸鐵鹽基度的影響

在常溫常壓下，向燒瓶中加入一定量的FeSO47H2O86g、濃H2SO4(98%)4mL和H2O100mL，緩慢加入3、6、9、12、14g氯化鉀，反應(yīng)結(jié)束后測(cè)量其鹽基度。結(jié)果如圖4所示。由于硫酸亞鐵溶液中加入了氯酸鉀，反應(yīng)中會(huì)釋放出大量的熱量，因此必然會(huì)消耗和分解一部分氯酸鉀。所以在氧化過程中低溫緩慢滴加雙氧水，溶液顏色逐漸加深。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，從圖3中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氯酸鉀用量達(dá)到6g，硫酸亞鐵與氯酸鉀的摩爾比為1:0.1時(shí)，紅棕色液體的顏色不再加深，說明Fe2已經(jīng)基本氧化，符合實(shí)驗(yàn)要求。如果氯酸鉀的用量不斷增加，溶液的體積會(huì)增加，總鐵含量會(huì)降低。所以硫酸亞鐵與高氯酸鉀的摩爾比為1:0.1。

6.聚合時(shí)間對(duì)聚合硫酸鐵鹽基度的影響

從圖5可以看出，反應(yīng)時(shí)間對(duì)聚合硫酸鐵的合成有很大的影響。反應(yīng)時(shí)間越短，不完全聚合反應(yīng)將導(dǎo)致產(chǎn)物的低聚合度和低鹽基度。聚合度與絮凝效果密切相關(guān)。聚合度越大，形成的明礬花越大，絮凝效果越好。但時(shí)間過長(zhǎng)，堿度略有下降，生產(chǎn)成本增加。通過實(shí)驗(yàn)確定反應(yīng)時(shí)間為2.5h。

7.聚合硫酸鐵固化后鹽基度的變化

在上述較佳條件下，制備聚合硫酸鐵經(jīng)靜置固化。當(dāng)靜置時(shí)間(h)為0、24、48和72時(shí)，聚合硫酸鐵的鹽基度(%)分別為12.4、12.1、11.8、11.8和11.7。因此，隨著靜置時(shí)間的延長(zhǎng)，聚合硫酸鐵的鹽基度呈下降趨勢(shì)，但總體下降幅度較大，存放48小時(shí)后，其鹽基度基本穩(wěn)定。因此，如圖6所示，當(dāng)分析聚合硫酸鐵的鹽基度時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后立即進(jìn)行的分析會(huì)使結(jié)果略高，儲(chǔ)存48小時(shí)后基本可以達(dá)到穩(wěn)定。這是因?yàn)樗饩酆戏磻?yīng)不是瞬間完成的，溶液在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)處于非平衡亞穩(wěn)態(tài)。在這個(gè)熟化期，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，水解產(chǎn)物的形態(tài)和組成不斷變化，溶液的pH值也隨之變化，所以鹽基度隨時(shí)間而變化。