高鐵酸鈉合成工藝及其在印染廢水處理應(yīng)用研究*

張 穎，何 雪，徐婉瑩，張文雅，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）

具有最高價態(tài)+6價鐵的含氧酸鹽，即高鐵酸鹽是一種集氧化、絮凝、殺菌、吸附、助凝、除臭為一體的新型高效多功能水處理劑[1-3]，其還原產(chǎn)物對環(huán)境也不存在二次污染；作為處理劑和凈水劑，高鐵酸鹽表現(xiàn)出優(yōu)異的氧化、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的殺菌消毒能力[4,5]。本文采用鈦白副產(chǎn)FeSO4精制后的溶液直接合成Na2FeO4，與普通的FeSO4凈化工藝相比，減少了FeSO4結(jié)晶的步驟，不僅簡化工藝流程，而且提高原料的利用率。研究采用鈦白副產(chǎn)FeSO4精制后的溶液直接合成Na2FeO4的優(yōu)化條件，探討Na2FeO4對于模擬堿性印染廢水甲基橙溶液處理的效果。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

I3型紫外-可見分光光度計（濟南淘能儀器）；TDZ5-WS型高速離心機（湖南湘儀）。

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（開封東大），聚丙烯酰胺、甲基橙（國藥集團）；還原鐵粉（上海展云），NaClO（武漢欣申），H2O2、NaOH（天津市凱通），以上試劑均為分析純。

1.2 FeSO4的提純

稱取適量的工業(yè)FeSO4加入H2SO4調(diào)節(jié)溶液的pH值為2.8，加入適量還原鐵粉，恒溫70～90℃反應(yīng)1h，趁熱抽濾。濾液中加入5mL BaCl2溶液，微沸0.5h，趁熱抽濾后加入少量聚丙烯酰胺，緩慢攪拌10min。趁熱抽濾，濾液為提純后的FeSO4溶液。

1.3 Na2FeO4的制備

移取60mL NaClO溶液與NaOH固體混合均勻，冷卻至室溫。取上一步精制的FeSO4溶液加入H2O2，混合均勻后加入NaClO和NaOH混合溶液，攪拌反應(yīng)一定時間后離心，取上層紫紅色清液，即為Na2FeO4溶液。

1.4 Na2FeO4處理印染廢水

實驗水樣標準曲線由甲基橙稀釋不同倍數(shù)制得。分別移取定量實驗最佳條件制備的Na2FeO4液體，置于50mL的容量瓶中，處理時間為最適時間，選用最適pH值處理，測定經(jīng)Na2FeO4處理后模擬印染廢水甲基橙溶液的降解率。

2 結(jié)果與討論

2.1 FeSO4溶液精制工藝的對比

稱取適量的工業(yè)FeSO4加入H2SO4調(diào)節(jié)溶液的pH值為2.8，加入適量還原鐵粉，恒溫70～90℃反應(yīng)1h，趁熱抽濾。濾液采用以下4種不同工藝進行凈化處理:（1）同時加入BaSO4、BaCl2和聚丙烯酰胺；（2）加入聚丙烯酰胺絮凝，H2O2氧化；（3）加入BaSO4、BaCl2同時處理FeSO4；（4）同時加入BaCl2和聚丙烯酰胺；微沸0.5h。趁熱抽濾，濾液為提純后的FeSO4溶液。結(jié)果見表1。

表1 FeSO4溶液制備方案對比Tab.1 Comparison of schemes for preparing ferrous sulfate solution

工藝（2）雖然FeSO4濃度最高，但其顏色為黃色，說明溶液中Fe3+含量高，不符合FeSO4精制的目標；其余3種工藝顏色符合要求，第4種工藝濃度相對較高，故選用第4種工藝。

2.2 Na2FeO4的制備

2.2.1 FeSO4用量對Na2FeO4吸光度的影響 在400～600nm波長范圍內(nèi)對Na2FeO4進行光譜掃描，測得Na2FeO4最大吸收波長為505nm。反應(yīng)溫度45℃、反應(yīng)時間60min，在一定量的NaClO溶液中加入NaOH 30g、改變FeSO4溶液的加入量。將不同條件下制備的Na2FeO4使用紫外-可見分光光度計于505nm處測定其吸光度值，結(jié)果見圖1。

圖1 FeSO4用量的影響Fig.1 Influence of dosage of ferrous sulfate

由圖1可知，F(xiàn)eSO4的最佳用量為17mL。

2.2.2 NaOH用量對Na2FeO4吸光度的影響 反應(yīng)溫度45℃、反應(yīng)時間60min，在一定量的NaClO溶液中加入17mL FeSO4溶液，改變NaOH的加入量。實驗結(jié)果見圖2。

圖2 NaOH用量的影響Fig.2 Influence of dosage of sodium hydroxide

由圖2可知，當NaOH用量較少時，Na2FeO4的吸光度隨著NaOH投加量的增加而升高，但其變化較??；隨著NaOH用量繼續(xù)增加，Na2FeO4的吸光度開始有明顯變化；但當NaOH投加量超過30g后，Na2FeO4的吸光度波動不大，并且過多的NaOH會放熱致使Na2FeO4分解。綜合以上因素，NaOH用量以30g為宜。

2.3 反應(yīng)時間對Na2FeO4吸光度的影響

在FeSO4溶液為17mL時，NaOH 30g、反應(yīng)溫度45℃條件下，分別測定反應(yīng)20、40、60、80、100min后的Na2FeO4吸光度。結(jié)果見圖3，反應(yīng)最適時間為60min。

圖3 反應(yīng)時間的影響Fig.3 Effect of reaction time

綜上所述，制備Na2FeO4的最佳條件為：在NaClO體積為60mL時，F(xiàn)eSO4溶液為17mL，NaOH 30g，45℃反應(yīng)60min，Na2FeO4溶液含量最高。

2.4 Na2FeO4處理堿性印染廢水的探討

2.4.1 Na2FeO4用量的影響 取一定量堿性的甲基橙溶液，加入上一步制備的Na2FeO4溶液進行混合，反應(yīng)3h，離心，取上清液測定吸光度得出去除率。圖4為Na2FeO4溶液的用量影響。

圖4 Na2FeO4溶液的用量影響Fig.4 Influence of dosage of sodium

由圖4可知，Na2FeO4最適用量為10mL。

2.4.2 pH值的影響 取一定量的甲基橙溶液配置成pH值分別為7、8、9、10、11、12、13的溶液，加入上一步制備的Na2FeO4溶液進行混合，反應(yīng)3h，離心，取上清液測定吸光度得出去除率。圖5為甲基橙溶液pH值的影響。

由圖5可知，適宜的印染廢水pH值為12。

圖5 甲基橙溶液pH值的影響Fig.5 Effect of pH of methyl orange solution

2.4.3 反應(yīng)時間的影響 取一定量的甲基橙溶液，加入上一步制備的Na2FeO4溶液，反應(yīng)不同時間，離心。取上清液測定吸光度得出降解率。圖6為反應(yīng)時間的影響。

圖6 反應(yīng)時間的影響Fig.6 Effect of reaction time

由圖6可知，綜合考慮最適的處理時間為3h。

綜上所述，能達到最佳處理模擬印染廢水甲基橙溶液的條件為：Na2FeO4用量10mL、甲基橙溶液pH值為12、反應(yīng)時間3h，甲基橙去除率達到72.5%。

3 結(jié)論

本文采用鈦白副產(chǎn)FeSO4精制后的溶液直接合成Na2FeO4，與普通的FeSO4凈化工藝相比，減少了FeSO4結(jié)晶的步驟，不僅簡化工藝流程，而且提高原料的利用率。

FeSO4凈化后制備Na2FeO4的優(yōu)化條件為：在NaClO體積為60mL時，F(xiàn)eSO4溶液為17mL，NaOH 30g，45℃反應(yīng)60min，Na2FeO4溶液含量最高。加入制備的Na2FeO410mL，在pH值為12時，處理時間3h為最佳處理時間，經(jīng)過處理后的模擬印染廢水甲基橙溶液去除率達到72.5%。