[发明专利]一种聚季铵盐原位复合改性聚合硫酸铁的制备和应用

说明书

本发明公开了一种聚季铵盐原位复合改性聚合硫酸铁的制备和应用，所述的聚季铵盐原位复合改性聚合硫酸铁的制备是从改性聚合硫酸铁的合成出发，引入有机/无机混酸为反应体系，氯酸钠为氧化剂，由硫酸亚铁经氧化、水解、聚合3步反应，制备了高盐基度（18～20%）改性聚合硫酸铁；直接在改性聚合硫酸铁水溶液中，通过原位聚合的方法，引入PDMDAAC（分子量4500～20000）结构单元。本发明制备的聚季铵盐原位复合改性聚合硫酸铁，环境友好、无毒无害，兼具了有机/无机聚合物水处理剂两者的优点。具有絮凝速度快、矾花密度大，易团聚，沉降快，脱色效果好，适用性好、用量少、成本低、使用方便等特点。

技术领域

本发明属于化工产品及其制备技术领域，具体涉及一种聚季铵盐原位复合改性聚合硫酸铁的制备；以制备的聚季铵盐原位复合改性聚合硫酸铁，应用于印染废水的絮凝脱色处理。

背景技术

聚合硫酸铁（又名羟基硫酸铁），化学式： [Fe₂(OH)n(SO₄)_3-n/2]m (式中n≤2, m≥10)，是一种新型高效无机高分子絮凝净水剂，其具有极强的混凝能力，沉降速度快，适用pH范围广，腐蚀性小，净水效果好；同时投药量少、费用低，处理后水质优良、无毒，不产生铝污染，且有良好的破油、除臭、脱色作用等而被称为绿色絮凝剂，目前广泛应用于原水净化、油水分离、工业和生活污水处理[李明玉, 唐启红, 张顺利.无机高分子混凝剂聚合硫酸铁研究开发进展[J].工业水处理,2000,20(6),1-5.]。1974年，Mikami 等[Mikami Y, KakeI.Iron polysulfate solution[P].JP 49-53195.1974]首次报导了其合成与应用，国内在80年代开始了聚合硫酸铁的研制和应用，相比于传统絮凝剂其具有如下特点：①产品无毒性（不含有害重金属离子）可用于饮用水处理；②絮凝体形成速度快，颗粒密实，比重大，矾花沉降速度快，易分离，形成的污泥脱水性良好；③对于各种废水中的化学需氧量、生化需氧量、重金属、色度均具有良好的去除效果，脱色、脱臭性能良好。同时还可有效降低水中铁、亚硝氨的含量；④ 絮凝体与微生物的结合力强，对浮游生物等有良好去除效果显著；⑤pH适应范围广，可低温下使用；⑥ 原料广泛易得，产品价格低廉，投加量少，使用成本低。聚合硫酸铁产品有两种剂型：①红褐色粘稠状液体水剂；②淡黄色无定型固体粉剂。聚合硫酸铁制备方法主要有直接氧化法、催化氧化法、一步合成法、两步合成法。

直接氧化法，以硫酸亚铁及各种强氧化剂为原料，经氧化，水解、聚合3步反应得到目标产物。根据选用的氧化剂的不同，可分为以下几种：①硝酸法：以强氧化剂硝酸为氧化剂，同时反应过程中产生的NO₂还可起到再次氧化的作用，其具有氧化效率较高、反应速度快，产品比重大，易于制成粉剂的优点，不足是工艺路线长（设置尾气吸引）操作不便、存在环境污染问题。②氯酸钾法：相比于硝酸法，具有无污染、操作简便、设备简单，产物稳定性好等优点，不足是原料成本高，产品有含有KCl和氯离子，应用中产生了二次处理问题。③次氯酸法：以碱性氧化剂次氯酸钠为氧化剂，优点是次氯酸钠氧化还氧电位高，原料成本低，不足是有副反应氯气的生成，产品稳定性差，不能长保存。④过氧化氢法：过氧化氢作为氧化剂，具有活性氧含量较高，唯一副产物为水，成本低的优点，其不足是其氧化活性相对较弱，贮运有一定的安全隐患问题

催化氧化法：此法是70 年代日本首先提出的工艺。以NaNO₂作为催化剂，反应在酸性反应条件进行，硫酸亚铁经氧化、水解、聚合得到产物。本法的不足是过程中有氮氧化物（NO）生成，NaNO₂用量大，产品有亚硝酸根离子残留，不能应用于饮用水的处理，此外，NaNO₂为致癌性化学品，进一步限制了此法的推广应用[徐颖惠. PTS制备中NaNO₂ 的催化作用[J].化工冶金,1998,19(4),76-78.]。