復合高鐵酸鹽片劑的制備及對印染廢水的處理研究

高玉梅， 宋慧君， 王 非， 李國亭

(1．河南工程學院 材料與化學工程系 河南 鄭州 450007；2.華北水利水電學院 環境與市政工程學院 河南 鄭州 450011)

0 引言

高鐵酸鹽是綠色環保的水處理劑，其標準氧化還原電位在酸性條件下高達2.20 V，具有很強的氧化殺菌作用，同時它還具有良好的混凝作用，在水處理中可同時發揮氧化、絮凝、吸附、共沉、殺菌、消毒等協同作用，且不產生有毒、有害副產物,具有很大的應用潛力.但高鐵酸鹽的不穩定性使其工業化應用受到限制[1-3].鑒于此，本文通過加入不同比例的無水硫酸鈉和黏土，將初級高鐵酸鹽(未經純化處理)制成固體復合高鐵酸鹽，研究了高鐵酸鹽、無水硫酸鈉和黏土的用量比對復合高鐵酸鹽穩定性的影響，獲得最佳制備處方.按最佳制備處方制備復合高鐵酸鹽，并將其壓成片劑，分析其穩定性.用復合高鐵酸鹽片劑對不同染料的印染配水進行脫色處理，其對活性紅和分散藍配水的脫色率達90%以上.采用該方法不但簡化了高鐵酸鹽的制備工藝，避免了有機溶劑的污染，而且運輸方便；同時復合高鐵酸鹽片劑對印染配水的脫色處理使其在印染行業的工業化應用具有指導意義.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：Na2FeO4(自制)，NaOH(AR)，KOH(AR)，粘土，Fe(NO3)3·9H2O(AR).

1.2 實驗步驟

1.2.1高鐵酸鹽的制備

實驗采用濕法制備高鐵酸鹽，即在強堿性條件下，用NaClO將Fe(NO3)3氧化成高鐵酸鈉Na2FeO4，反應式為

2Fe(NO3)3+ 3NaClO+10NaOH=2Na2FeO4+6NaNO3+3NaCl+5H2O.

將KOH加入該高鐵酸鈉溶液中，析出K2FeO4晶體，過濾分離得粗產品，重結晶得到黏糊狀的K2FeO4，然后加入不同比例的無水硫酸鈉和黏土制備成復合高鐵酸鹽.

1.2.2復合高鐵酸鹽片劑的制備

按高鐵酸鹽、無水硫酸鈉和黏土的最佳用量比制備復合高鐵酸鹽[4]，然后用壓片機將其壓成片劑，通過測定不同時間片劑中高鐵酸鹽的分解率，確定復合高鐵酸鹽片劑的穩定效果.

1.2.3復合高鐵酸鹽片劑對活性紅配水的脫色作用

用活性紅染料配成濃度為10 mg/L的染液，取1 000 mL，分別加入不同量的復合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長處測定復合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計算脫色率.

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1.2.4復合高鐵酸鹽片劑對分散藍配水的脫色作用

用分散藍染料配成濃度為10 mg/L的染液，取1 000 mL，分別加入不同量的復合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長處測定復合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計算脫色率.

1.2.5不同pH值條件下復合高鐵酸鹽片劑對印染配水的脫色作用

用活性紅、分散藍、偶氮藍、酸性鉻藍K和偶氮砷III 5種染料分別配制成濃度為10 mg/L的染料溶液，各取1 000 mL，加入一定量的復合高鐵酸鹽片劑，攪拌，加稀H2SO4或NaOH調不同的pH值，在最大吸收波長處測定復合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計算脫色率，以確定最佳脫色效果的pH值.

1.3 脫色率的計算

式中T為脫色率,A0為施藥前染料配水的吸光度值，A為施藥后染料配水的吸光度值.

2 結果與討論

2.1 復合高鐵酸鹽的制備

溶液態高鐵酸鹽極不穩定，為了在實際生產中直接應用，必須制得相對穩定的復合高鐵酸鹽.用次氯酸鹽氧化法制備出黏糊狀的高鐵酸鉀，然后與不同量的無水硫酸鈉和黏土混合制備不同比例的復合高鐵酸鹽，隔一定時間對浸出液中的高鐵酸鹽濃度用直接分光光度法進行測定，所得結果見圖1.

從圖1可以看出當高鐵酸鹽∶無水硫酸鈉∶黏土質量比為1∶4∶1時，所制得的復合高鐵酸鹽具有較好的穩定性，3個月分解了50%，其他比例的復合高鐵酸鹽最多的分解了60%.由此來看，這種方法對高鐵酸鹽的穩定具有較好的效果.

2.2 復合高鐵酸鹽片劑的制備

高鐵酸鹽中按一定比例加入黏土和無水硫酸鈉制成復合高鐵酸鹽，對高鐵酸鹽具有穩定作用，為進一步提高復合高鐵酸鹽的穩定性，把復合高鐵酸鹽用壓片機壓成片劑，其分解曲線如圖2所示.

圖1 不同比例的復合高鐵酸鹽的分解曲線

圖2 復合高鐵酸鹽片劑的分解曲線

由圖2可知，壓成片劑的復合高鐵酸鹽的穩定性好于未壓成片劑的，且1.0 g片劑的穩定性最好.說明壓成片劑后，高鐵酸鹽的分解減慢，0.5 g的片劑由于包裹的高鐵酸鹽量較少，導致其穩定性較差，而2.0 g的片劑由于外表面增加，加快了它的分解.

2.3 復合高鐵酸鹽片劑對活性紅印染配水的脫色處理

用活性紅染料配成濃度為10 mg/L的染液，取1 000 ml，分別加入不同量的復合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長處測定復合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計算脫色率，確定復合高鐵酸鹽片劑對活性紅印染配水的脫色處理效果.以脫色率T對時間作圖，則得圖3.

從圖3可看出，復合高鐵酸鹽片劑對活性紅印染配水的脫色有以下特點：0～5 min之內，脫色率增加較快， 5～10 min脫色率增加變慢，20 min后脫色率趨于穩定，最高達90%以上.

2.4 復合高鐵酸鹽片劑對分散藍印染配水的脫色處理

用分散藍染料配成濃度為10 mg/L的染液，取1 000 mL，分別加入不同量的復合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長處測定復合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計算脫色率，確定復合高鐵酸鹽片劑對分散藍印染配水的脫色處理效果.以脫色率對時間作圖，則得圖4.

圖3 不同量的復合高鐵酸鹽片劑對活性紅印染配水的脫色效果

圖4 不同量的復合高鐵酸鹽片劑對分散藍印染配水的脫色效果

從圖4可看出，分散藍印染配水的脫色效果隨復合高鐵酸鹽片劑質量的增加而提高，2.0 g復合高鐵酸鹽片劑的脫色率達90%以上.在投加的0～5 min，脫色率僅為20%，5～10 min提高到75%左右，30 min后脫色率趨于穩定，最高達90%.這是由于高鐵酸鹽片劑的質量越大其所含的高鐵酸鹽就越多，因此脫色率最好.

圖5 不同pH時復合高鐵酸鹽片劑對印染配水脫色效果

2.5 pH值對復合高鐵酸鹽片劑脫色效果的影響

以復合高鐵酸鹽片劑的最佳用量對各體系投放后,改變pH值,測定相應T值,以脫色率對時間作圖，則得圖5.

由圖5可看出，活性紅和分散藍的脫色率受pH值影響較大，但pH在6～8時能達到較好的脫色效果.其他幾種染料的脫色率受pH值影響不大，這顯示了復合高鐵酸鹽片劑在脫色處理上有較寬的pH值范圍，使其對印染配水的脫色處理具有實際應用價值.

2.6 復合高鐵酸鹽片劑穩定性的原因分析

高鐵酸鹽發生分解的反應一般為：

4FeO42-+10H2O=4Fe(OH)3+3O2+8OH-.

該反應生成的Fe(OH)3對高鐵酸鹽有強烈催化作用，而加入的黏土表面電位呈負值，可以中和由于高鐵酸根自身分解產生的氫氧化鐵膠體的正電，同時黏土中硅對高鐵酸鹽具有穩定作用；另一方面，加入的無水硫酸鈉吸收了黏糊狀高鐵酸鹽中的大量水分，進一步減慢了高鐵酸鹽的分解速率，從而使高鐵酸鹽的穩定性增強.

3 結論

用一定比例的黏土、無水硫酸鈉和高鐵酸鹽制成復合高鐵酸鹽，然后壓成片劑，使高鐵酸鹽獲得了較好的穩定性，且制備的復合高鐵酸鹽片劑為固體，方便貯存和運輸，為高鐵酸鹽的工業化應用指明了方向.

復合高鐵酸鹽片劑對幾種染料的最高脫色率達90%，可以有效的去除印染廢水色度.并且高鐵酸鹽在廢水處理中不產生有毒、有害副產物，是一種綠色環保的凈水劑，具有很好的應用前景.

[1] 曲久輝，王立立，田寶珍，等.高鐵酸鹽氧化絮凝去除飲用水中氨氮的研究[J].環境科學學報， 2000， 20(3):280-283.

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[4] 高玉梅，劉帥霞．復合高鐵酸鹽的制備研究[J].針織工業，2010，37(5)：49-51.