鈦白副產(chǎn)硫酸亞鐵合成高鐵酸鈉工藝研究*

何 雪，楊 師，沙 龍，趙業(yè)軍

（武漢東湖學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430212）

高鐵酸鹽中的鐵是最高價態(tài)+6價，具有強(qiáng)氧化性，對許多有機(jī)化合物的氧化具有很高的選擇性，兼具殺菌、除臭功能；其還原產(chǎn)物Fe3+、Fe2+具有絮凝、吸附作用。高鐵酸鹽的優(yōu)異氧化、吸附和絮凝去除污染的協(xié)同功能以及比氯系氧化劑更強(qiáng)的殺菌消毒作用，而且對環(huán)境污染少日益引人關(guān)注[1,2]。

鈦白副產(chǎn)FeSO4來源于硫酸法生產(chǎn)鈦白粉使用鐵粉置換Ti（SO4）2和TiOSO4得到TiO2，同時生成FeSO4和Fe2（SO4）3[3]。除含多亞鐵鹽外，還含有Ti、Mg、Mn、Al、Si、Cu等各種雜質(zhì)。本文將鈦白副產(chǎn)FeSO4經(jīng)過凈化處理后合成Na2FeO4，為工業(yè)副產(chǎn)FeSO4的綜合利用提供新的途徑。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

SP1901紫外-可見分光光度計（上海光譜）；DR/890 Portable Datelogging Colorimerter（Hach Company）。

FeSO4（工業(yè)級 武漢方圓鈦白，其中FeSO4·7H2O含量84.0%～87.0%，Ti含量0.3%～0.4%）；H2SO4、H3PO4（信陽化學(xué)試劑廠）、還原鐵粉、聚丙烯酰胺、H2O2、NaClO，NaOH（天津化學(xué)試劑三廠），以上藥品均為分析純。

1.2 FeSO4凈化

在前期研究中，采用H2SO4溶解FeSO4、鐵粉置換、氧化-絮凝、過濾、冷卻結(jié)晶工藝流程提純的FeSO4，最佳置換溫度60℃，反應(yīng)時間3h，初始pH值2.8，制取的硫酸亞鐵的純度達(dá)到99%，鈦的含量為0.0139%,產(chǎn)品純度達(dá)到醫(yī)藥級[4]的標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 Na2FeO4合成

秤取適量NaOH固體加入30mL NaClO溶液燒瓶中，NaOH溶解冷卻至常溫后加入凈化后的FeSO4·7H2O，攪拌反應(yīng)一段時間后將反應(yīng)液體進(jìn)行離心，上層紫黑色清液即為Na2FeO4溶液。將Na2FeO4稀釋一定的倍數(shù)，在505nm波長下檢測其吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 FeSO4投加量對Na2FeO4吸光度的影響

NaClO溶液30mL，控制NaOH投加量15g、反應(yīng)時間1h、反應(yīng)溫度40℃，改變FeSO4加入量，實驗結(jié)果見圖1。

圖1 FeSO4用量對Na2FeO4吸光度的影響Fig.1 Effect of ferrous sulfate usage on absorbance of sodium ferrate

由圖1可知，F(xiàn)eSO4的用量以2.2g最佳。當(dāng)FeSO4用量超過2.2g時，因為次NaClO已經(jīng)完全反應(yīng)，新添加的FeSO4在堿性條件中生成Fe（OH）2，對FeO42-具有很強(qiáng)的還原作用，使Na2FeO4濃度降低。

2.2 NaOH的投加量對Na2FeO4吸光度的影響

NaClO溶液30mL，控制FeSO4·7H2O用量2.2g,反應(yīng)1h，反應(yīng)溫度40℃，實驗結(jié)果見圖2。

圖2 NaOH用量對Na2FeO4吸光度的影響Fig.2 Effect of sodium hydroxide amounts on absorbance of sodium ferrate

由圖2可知，過量的NaOH投放到反應(yīng)體系中，加快的分解，Na2FeO4的吸光度數(shù)值會降低。NaOH的最佳投加量15g。

2.3 反應(yīng)時間對Na2FeO4吸光度的影響

NaClO溶液30mL，控制FeSO4·7H2O用量2.2g、NaOH投加量15g、反應(yīng)溫度40℃，實驗結(jié)果見圖3。

圖3 反應(yīng)時間對Na2FeO4吸光度的影響Fig.3 Effect of reaction time on absorbance of sodium ferrate

2.4 反應(yīng)溫度對Na2FeO4吸光度的影響

NaClO溶液30mL，控制FeSO4·7H2O用量2.2g、NaOH投加量15g、反應(yīng)1h，實驗結(jié)果見圖4。

圖4 反應(yīng)溫度對Na2FeO4吸光度的影響Fig.4 Effect of reaction temperature on absorbance of sodium ferrate

由圖4可知，溫度過高時會導(dǎo)致產(chǎn)物Na2FeO4分解，最佳反應(yīng)溫度40℃。

2.5 合成Na2FeO4對污水的處理效果

實驗水樣取自某生活污水處理廠曝氣池出口，50mL水樣中加入Na2FeO4溶液0.4mL，反應(yīng)30min[5]。COD和SS指標(biāo)檢測結(jié)果見表1。處理后的水樣達(dá)到二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1 Na2FeO4處理水樣結(jié)果及生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Results of water sample treatment with sodium ferrate & standard of domestic sewage discharge

3 結(jié)論

本文采用鈦白副產(chǎn)的廉價FeSO4合成高效水處理劑Na2FeO4，先將鈦白副產(chǎn)FeSO4凈化得到醫(yī)藥級FeSO4；以此為原料研究得到Na2FeO4的優(yōu)化合成條件：在NaClO體積為30mL的情況下，F(xiàn)eSO4·7H2O用量2.2g，NaOH投加量為15g，反應(yīng)溫度40℃，反應(yīng)時間60min。通過研究為工業(yè)副產(chǎn)FeSO4的綜合利用、提高附加值提供了新的途徑。