催化氧化法制備聚合硫酸鐵的原理
聚合硫酸鐵在工業(yè)生產(chǎn)中多采用催化氧化法。即以硫酸亞鐵及硫酸為原料,借助催化劑(NaNO2)的作用,利用氧化劑使硫酸亞鐵在酸性介質(zhì)中被氧化成三價(jià)鐵離子。然后用氫氧化鈉中和,調(diào)整堿化度進(jìn)行水解,聚合反應(yīng)制得聚合硫酸鐵。其制備原理如下:
(1)催化氧化反應(yīng)(慢反應(yīng)):
2FeSO4 + (1/2)O2 + H2SO4—→ Fe2(SO4) 3 + H2O
(2)水解反應(yīng)(快反應(yīng)):
Fe2(SO4) 3+ H2O —→ Fe2(OH)n(SO4) 3-n/2 + (n/2) H2SO4
(3)聚合反應(yīng)(快反應(yīng)):
m[Fe2(OH)n(SO4) 3-n/2] —→[Fe2(OH)n(SO4) 3-n/2 ] m
2NO + O2 —→ 2NO2
2 FeSO4 + H2SO4 + NO2 —→ Fe2 (SO4 ) 3 + NO + H2O
Fe2(SO4) 3+ nNaOH —→ Fe2(OH)n(SO4) 3-n/2 + (n/2) Na2SO4
m[Fe2(OH)n(SO4) 3-n/2] —→[Fe2(OH)n(SO4) 3-n/2 ] m
副反應(yīng):
2NO2 + H2O —→ HNO2 + NO
此法簡單易行,但尚有不足之處。催化劑NaNO2是致癌物質(zhì),且生產(chǎn)過程中投加量大,產(chǎn)品中的亞硝酸根離子易超標(biāo),限制了其在飲用空氣凈化中的應(yīng)用;氮的氧化物排出,污染環(huán)境,后處理工序復(fù)雜;反應(yīng)速率慢,要適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),需采用改進(jìn)措施。
為解決上述不足,不少研究者提出了許多有意義的改進(jìn)方法,如加溫加壓,改善生產(chǎn)工藝,添加助催化劑,配以強(qiáng)力攪拌,尋找更為有效且無毒的催化劑等。采用催化法生產(chǎn)聚合硫酸鐵,雖然已進(jìn)入了工業(yè)化的階段,但在改進(jìn)工藝和設(shè)備,縮短反映時(shí)間,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本和能耗等方面,仍有待科研工作者去進(jìn)一步研究解決。
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