一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及制备方法，其中系统包括膜堆、阳电极、阴电极、电解液进样装置、酸溶液生成装置、PFS生成装置、PFS存储装置、反应液存储装置与电源，膜堆内部形成有阴极室、阳极室、酸室、反应室；制备时，将强电解质溶液通过电解液进样装置输送到阳极室与阴极室中，将酸溶液通过酸溶液生成装置输送到酸室中，将反应液通过PFS生成装置输送到反应室中，同时将反应液存储装置中的反应液源源不断输送到PFS生成装置中，使得PFS生成装置中的反应液溢流到PFS存储装置中；开启电源，双极膜在电场作用下发生水解离，OH

Continuous preparation system and preparation method of polymerized ferric sulfate with high basicity

The invention discloses a high basicity polyferric sulfate continuous preparation system and preparation method, wherein the system includes a membrane reactor, positive electrode, negative electrode, electrolyte injection device, acid generating device, PFS generation device, PFS storage device, the storage device and the power supply of reaction liquid, form a cathode membrane reactor room, room, room, acid anodic reaction chamber; during the preparation of the electrolyte solution through the electrolyte injection device for conveying to the anode chamber and the cathode chamber, the acid solution by acid solution generating device for conveying to the acid chamber, the reaction liquid generated by PFS device is delivered to the reaction chamber, at the same time the reaction liquid storage device in the reaction liquid Everfount transported to the PFS generation device, the reaction liquid overflow to the PFS storage device in PFS generation device; when the power is turned on, the bipolar membrane was hydrolyzed from under the electric field. OH.

【技术实现步骤摘要】
一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及制备方法
本专利技术属于无机高分子絮凝剂生产
，尤其涉及一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及制备方法。
技术介绍
聚合硫酸铁(PFS，[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m，n>2，m<10)是一种新型、优质、高效的铁盐类无机高分子絮凝剂。由于具有吸附絮凝性强、用量少、不含铝及重金属离子等有害物质等优势，同时脱色、脱油、脱水、除菌、除臭、去COD、BOD等功效显著，因此，聚合硫酸铁被广泛用于工业废水、城市污水、生活用水的净化处理。制备聚合硫酸铁的原料主要为硫酸亚铁和硫酸，制备方法包括直接氧化法和催化氧化法。无论使用哪种方法，硫酸和硫酸亚铁都需要经过氧化、水解和聚合三个步骤(洪金德.净水剂聚合硫酸铁的制备.化工进展，2001，3：33-35.)：氧化：水解：聚合：mFe2(OH)n(SO4)3-n/2→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]mPFS的性能指标包括pH(1％，Sol.)、密度、盐基度(B，OH/Fe摩尔比)、全铁含量、还原性物质含量等，其中，盐基度则是一个相对重要的指标，表明铁离子的水解程度，一般而言，B值越高絮凝效果越好(解立平，徐向荣，曾凡.聚合硫酸铁盐基度与絮凝性能关系的研究.工业水处理，2001，21(1)：26-28.)。我国国标GB14591-2006规定水处理剂聚合硫酸铁盐基度必须达到8％以上。此外，通过国内外数据库搜索，发现现有的PFS制备过程一般是间歇操作模式，存在着需要装料和卸料等辅助操作、产品质量不易稳定、操作复杂、产量低等缺点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及方法，所要解决的技术问题在于制备出高盐基度的产品，同时实现连续操作，并保证产品质量稳定。本专利技术解决技术问题，采用如下技术方案：本专利技术高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统，包括：膜堆、阳电极、阴电极、电解液进样装置、酸溶液生成装置、PFS生成装置、PFS存储装置、反应液存储装置与电源；所述阴电极与所述电源的负极相连；所述阳电极与所述电源的正极相连；所述阴电极和所述阳电极分别设置于所述膜堆的两边；所述膜堆内部形成有阴极室、阳极室、酸室、反应室四种隔室；所述电解液进样装置的出口与所述阳极室进料口相连，所述阳极室的出料口与所述阴极室进料口相连，所述阴极室出料口与所述电解液进样装置的进口相连，构成电解液的循环回路；所述酸溶液生成装置的出口与所述酸室进料口相连，所述酸室出料口与所述酸溶液生成装置的进口相连，构成酸溶液的循环回路；所述PFS生成装置的出口与所述反应室进料口相连，所述反应室出料口与所述PFS生成装置的进口相连，构成PFS的循环回路；所述反应液存储装置的出口与所述PFS生成装置的进口相连；所述PFS生成装置的出口与所述PFS存储装置的进口通过溢流方式相连。优选的，所述膜堆由阴离子交换膜、塑料隔网、橡胶垫片、双极膜依次交替间隔排列构成，且靠近阳电极和阴电极的均为阴离子交换膜，阳电极与相邻的阴离子交换膜之间形成阳极室，阴电极与相邻的阴离子交换膜之间形成阴极室；在阳极室和阴极室之间由交替排列的阴离子交换膜和双极膜构成一个或多个酸室和反应室的重复单元。优选的，还包括夹紧装置，所述夹紧装置用于固定所述阴电极、阳电极和膜堆；优选的，所述膜堆内部酸室和反应室之间以阴离子交换膜为间隔实现离子交换，反应室和与其相邻的下一重复单元的酸室之间以双极膜为间隔。本专利技术还提供了一种高盐基度聚合硫酸亚铁的连续制备方法，是采用上述的连续制备系统，包括如下步骤：将强电解质溶液通过电解液进样装置输送到膜堆阳极室与阴极室中；将酸溶液通过酸溶液生成装置输送到膜堆酸室中；将反应液通过PFS生成装置输送到膜堆反应室中，同时将反应液存储装置中的反应液以一定流量源源不断输送到PFS生成装置中，使得PFS生成装置中的PFS溶液溢流到PFS存储装置中；开启电源，双极膜在电场作用下发生水解离，将H2O解离成OH-和H+，OH-参与PFS的制备过程以提高其盐基度，H+在酸室与酸根离子结合生成酸。优选的，所述强电解质溶液选自氢氧化钠、硫酸钠、硝酸钠、硫酸钾、硝酸钾和氢氧化钾溶液中的一种或几种，最优选为硫酸钠溶液。优选的，所述强电解质溶液浓度为0.01～3mol/L。优选的，所述酸溶液选自硫酸、盐酸、硝酸溶液中的一种或几种，最优选为硫酸溶液。优选的，所述酸溶液生成装置中的酸溶液浓度为0.005～6mol/L。优选的，所述反应液为硫酸亚铁、硫酸和氧化剂的混合溶液；在所述反应液中，所述硫酸亚铁浓度≥2mol/L，所述硫酸与所述硫酸亚铁的物质的量比值为0.1～3；在所述反应液中，令所述氧化剂的物质的量为a、硫酸亚铁的物质的量为b，则a:b≥0.1。优选的，所述氧化剂为双氧水、硝酸、氯酸钾、次氯酸钠、氯酸钠的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术提供了一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及制备方法，利用双极膜在直流电场的作用下能够发生水解离，提供足够的OH-参与PFS的制备过程以提高其盐基度；此外，引入反应液存储装置和PFS存储装置以保证源源不断输入反应液和得到产品PFS；本专利技术所得产品性能好、工艺流程简单，易于实现机械化、自动化和连续化生产。附图说明图1为本专利技术实施例提供的高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统的结构示意图。图中，1为膜堆，2为直流电源，3为直流电源的负极，4为直流电源的正极，5为阴电极，6为阳电极，7和8为夹紧装置，9为电渗析装置，10为反应室出料口，11为反应室进料口，12为酸室出料口，13为酸室进料口，14为阳极室进料口，15为阴极室出料口，16为PFS潜水泵，17为酸室潜水泵，18为电极室潜水泵，19为反应液罐，20为酸液罐，21为电极液罐，22为PFS反应液蠕动泵，23为反应液存储罐，24为PFS存储罐。图2为本专利技术实施例提供的高盐基度聚合硫酸铁连续制备系统的膜堆内部结构示意图。图中，25为阴离子交换膜，26、27组成隔网；28为双极膜，29为隔网。30、31、32、33分别是示意溶液进出方向。图3为本专利技术实施例1-实施例3的膜堆电压随时间的变化曲线图。图4为本专利技术实施例1-实施例3的酸室浓度随时间的变化曲线图。具体实施方式本专利技术提供的高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统，包括：膜堆、阳电极、阴电极、电解液进样装置、酸溶液生成装置、PFS生成装置、PFS存储装置、反应液存储装置与电源；所述阴电极与所述电源的负极相连；所述阳电极与所述电源的正极相连；所述阴电极和所述阳电极分别设置于所述膜堆的两边；所述膜堆内部形成阴极室、阳极室、酸室、反应室四个隔室；所述电解液进样装置的出口与所述阳极室进料口相连，所述阳极室出料口与所述阴极室进料口相连，所述阴极室出料口与所述电解液进样装置的进口相连，构成电解液的循环回路；所述酸溶液生成装置的出口与所述酸室进料口相连，所述酸室出料口与所述酸溶液生成装置的进口相连，构成酸溶液的循环回路；所述PFS生成装置的出口与所述反应室进料口相连，所述反应室出料口与所述PFS生成装置的进口相连，构成PFS的循环回路；所述反应液存储装置的出口与所述PFS生成装置的进口相连；所述PFS生成装置的出口与所述PFS存储装置的进口通过溢流方式相连。参见图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统，其特征在于，包括：膜堆、阳电极、阴电极、电解液进样装置、酸溶液生成装置、PFS生成装置、PFS存储装置、反应液存储装置与电源；所述阴电极与所述电源的负极相连；所述阳电极与所述电源的正极相连；所述阴电极和所述阳电极分别设置于所述膜堆的两边；所述膜堆内部形成有阴极室、阳极室、酸室、反应室四种隔室；所述电解液进样装置的出口与所述阳极室进料口相连，所述阳极室出料口与所述阴极室进料口相连，所述阴极室出料口与所述电解液进样装置的进口相连，构成电解液的循环回路；所述酸溶液生成装置的出口与所述酸室进料口相连，所述酸室出料口与所述酸溶液生成装置的进口相连，构成酸溶液的循环回路；所述PFS生成装置的出口与所述反应室进料口相连，所述反应室出料口与所述PFS生成装置的进口相连，构成PFS的循环回路；所述反应液存储装置的出口与所述PFS生成装置的进口相连；所述PFS生成装置的出口与所述PFS存储装置的进口通过溢流方式相连。

【技术特征摘要】
1.一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统，其特征在于，包括：膜堆、阳电极、阴电极、电解液进样装置、酸溶液生成装置、PFS生成装置、PFS存储装置、反应液存储装置与电源；所述阴电极与所述电源的负极相连；所述阳电极与所述电源的正极相连；所述阴电极和所述阳电极分别设置于所述膜堆的两边；所述膜堆内部形成有阴极室、阳极室、酸室、反应室四种隔室；所述电解液进样装置的出口与所述阳极室进料口相连，所述阳极室出料口与所述阴极室进料口相连，所述阴极室出料口与所述电解液进样装置的进口相连，构成电解液的循环回路；所述酸溶液生成装置的出口与所述酸室进料口相连，所述酸室出料口与所述酸溶液生成装置的进口相连，构成酸溶液的循环回路；所述PFS生成装置的出口与所述反应室进料口相连，所述反应室出料口与所述PFS生成装置的进口相连，构成PFS的循环回路；所述反应液存储装置的出口与所述PFS生成装置的进口相连；所述PFS生成装置的出口与所述PFS存储装置的进口通过溢流方式相连。2.根据权利要求1所述的高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统，其特征在于：所述膜堆由阴离子交换膜、塑料隔网、橡胶垫片、双极膜依次交替间隔排列构成，且靠近阳电极和阴电极的均为阴离子交换膜，阳电极与相邻的阴离子交换膜之间形成阳极室，阴电极与相邻的阴离子交换膜之间形成阴极室；在阳极室和阴极室之间由交替排列的阴离子交换膜和双极膜构成一个或多个酸室和反应室的重复单元。3.根据权利要求2所述的高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统，其特征在于：还包括夹紧装置，所述夹紧装置用于固定所述阴电极、阳电极和膜堆。4.根据权利要求2所述的高盐基度聚合硫酸铁的连...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭，汪婷婷，陈倩如，刘晓瑞，吕燕，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34