高玉梅， 宋慧君， 王 非， 李國(guó)亭

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

0 引言

高鐵酸鹽是綠色環(huán)保的水處理劑，其標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位在酸性條件下高達(dá)2.20 V，具有很強(qiáng)的氧化殺菌作用，同時(shí)它還具有良好的混凝作用，在水處理中可同時(shí)發(fā)揮氧化、絮凝、吸附、共沉、殺菌、消毒等協(xié)同作用，且不產(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物,具有很大的應(yīng)用潛力.但高鐵酸鹽的不穩(wěn)定性使其工業(yè)化應(yīng)用受到限制[1-3].鑒于此，本文通過(guò)加入不同比例的無(wú)水硫酸鈉和黏土，將初級(jí)高鐵酸鹽(未經(jīng)純化處理)制成固體復(fù)合高鐵酸鹽，研究了高鐵酸鹽、無(wú)水硫酸鈉和黏土的用量比對(duì)復(fù)合高鐵酸鹽穩(wěn)定性的影響，獲得最佳制備處方.按最佳制備處方制備復(fù)合高鐵酸鹽，并將其壓成片劑，分析其穩(wěn)定性.用復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)不同染料的印染配水進(jìn)行脫色處理，其對(duì)活性紅和分散藍(lán)配水的脫色率達(dá)90%以上.采用該方法不但簡(jiǎn)化了高鐵酸鹽的制備工藝，避免了有機(jī)溶劑的污染，而且運(yùn)輸方便；同時(shí)復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)印染配水的脫色處理使其在印染行業(yè)的工業(yè)化應(yīng)用具有指導(dǎo)意義.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

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

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1高鐵酸鹽的制備

實(shí)驗(yàn)采用濕法制備高鐵酸鹽，即在強(qiáng)堿性條件下，用NaClO將Fe(NO3)3氧化成高鐵酸鈉Na2FeO4，反應(yīng)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(guò)濾分離得粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得到黏糊狀的K2FeO4，然后加入不同比例的無(wú)水硫酸鈉和黏土制備成復(fù)合高鐵酸鹽.

1.2.2復(fù)合高鐵酸鹽片劑的制備

按高鐵酸鹽、無(wú)水硫酸鈉和黏土的最佳用量比制備復(fù)合高鐵酸鹽[4]，然后用壓片機(jī)將其壓成片劑，通過(guò)測(cè)定不同時(shí)間片劑中高鐵酸鹽的分解率，確定復(fù)合高鐵酸鹽片劑的穩(wěn)定效果.

1.2.3復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)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(fù)合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計(jì)算脫色率.

平面設(shè)計(jì)發(fā)展到今天這個(gè)多元化的時(shí)代，其作品表現(xiàn)的中國(guó)傳統(tǒng)文化的元素越來(lái)越多，所以我們必然認(rèn)真細(xì)致和研究如何將傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代設(shè)計(jì)相結(jié)合。中國(guó)的平面設(shè)計(jì)立足于傳統(tǒng)文化，伴隨著歷史傳承至今，設(shè)計(jì)的足跡也印在了廣闊的大地上，與我們的生活息息相關(guān)。而這些凝聚了幾千年的思想語(yǔ)言和藝術(shù)氣質(zhì)，對(duì)現(xiàn)代平面設(shè)計(jì)具有重要和深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。平面設(shè)計(jì)的意義在于給人以深刻的啟示，獨(dú)特的思想性和教育性讓平面設(shè)計(jì)成為了一種文化現(xiàn)象，且?guī)в猩詈竦奈幕嵨逗蛯徝懒?xí)慣。

1.2.4復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)分散藍(lán)配水的脫色作用

用分散藍(lán)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(fù)合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計(jì)算脫色率.

1.2.5不同pH值條件下復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)印染配水的脫色作用

用活性紅、分散藍(lán)、偶氮藍(lán)、酸性鉻藍(lán)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(fù)合高鐵酸鹽片劑，攪拌，加稀H2SO4或NaOH調(diào)不同的pH值，在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計(jì)算脫色率，以確定最佳脫色效果的pH值.

1.3 脫色率的計(jì)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(jié)果與討論

2.1 復(fù)合高鐵酸鹽的制備

溶液態(tài)高鐵酸鹽極不穩(wěn)定，為了在實(shí)際生產(chǎn)中直接應(yīng)用，必須制得相對(duì)穩(wěn)定的復(fù)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(wú)水硫酸鈉和黏土混合制備不同比例的復(fù)合高鐵酸鹽，隔一定時(shí)間對(duì)浸出液中的高鐵酸鹽濃度用直接分光光度法進(jìn)行測(cè)定，所得結(jié)果見(jiàn)圖1.

從圖1可以看出當(dāng)高鐵酸鹽∶無(wú)水硫酸鈉∶黏土質(zhì)量比為1∶4∶1時(shí)，所制得的復(fù)合高鐵酸鹽具有較好的穩(wěn)定性，3個(gè)月分解了50%，其他比例的復(fù)合高鐵酸鹽最多的分解了60%.由此來(lái)看，這種方法對(duì)高鐵酸鹽的穩(wěn)定具有較好的效果.

2.2 復(fù)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(wú)水硫酸鈉制成復(fù)合高鐵酸鹽，對(duì)高鐵酸鹽具有穩(wěn)定作用，為進(jìn)一步提高復(fù)合高鐵酸鹽的穩(wěn)定性，把復(fù)合高鐵酸鹽用壓片機(jī)壓成片劑，其分解曲線如圖2所示.

圖1 不同比例的復(fù)合高鐵酸鹽的分解曲線

圖2 復(fù)合高鐵酸鹽片劑的分解曲線

由圖2可知，壓成片劑的復(fù)合高鐵酸鹽的穩(wěn)定性好于未壓成片劑的，且1.0 g片劑的穩(wěn)定性最好.說(shuō)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(dǎo)致其穩(wěn)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(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)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(fù)合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計(jì)算脫色率，確定復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)活性紅印染配水的脫色處理效果.以脫色率T對(duì)時(shí)間作圖，則得圖3.

從圖3可看出，復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)活性紅印染配水的脫色有以下特點(diǎn)：0～5 min之內(nèi)，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(wěn)定，最高達(dá)90%以上.

2.4 復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)分散藍(lán)印染配水的脫色處理

用分散藍(lán)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(fù)合高鐵酸鹽片劑，攪拌，在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色前后染料溶液的吸光度A0和A，計(jì)算脫色率，確定復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)分散藍(lán)印染配水的脫色處理效果.以脫色率對(duì)時(shí)間作圖，則得圖4.

圖3 不同量的復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)活性紅印染配水的脫色效果

圖4 不同量的復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)分散藍(lán)印染配水的脫色效果

從圖4可看出，分散藍(lán)印染配水的脫色效果隨復(fù)合高鐵酸鹽片劑質(zhì)量的增加而提高，2.0 g復(fù)合高鐵酸鹽片劑的脫色率達(dá)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(wěn)定，最高達(dá)90%.這是由于高鐵酸鹽片劑的質(zhì)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(shí)復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)印染配水脫色效果

2.5 pH值對(duì)復(fù)合高鐵酸鹽片劑脫色效果的影響

以復(fù)合高鐵酸鹽片劑的最佳用量對(duì)各體系投放后,改變pH值,測(cè)定相應(yīng)T值,以脫色率對(duì)時(shí)間作圖，則得圖5.

由圖5可看出，活性紅和分散藍(lán)的脫色率受pH值影響較大，但pH在6～8時(shí)能達(dá)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(fù)合高鐵酸鹽片劑在脫色處理上有較寬的pH值范圍，使其對(duì)印染配水的脫色處理具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.

2.6 復(fù)合高鐵酸鹽片劑穩(wěn)定性的原因分析

高鐵酸鹽發(fā)生分解的反應(yīng)一般為：

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

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

3 結(jié)論

用一定比例的黏土、無(wú)水硫酸鈉和高鐵酸鹽制成復(fù)合高鐵酸鹽，然后壓成片劑，使高鐵酸鹽獲得了較好的穩(wěn)定性，且制備的復(fù)合高鐵酸鹽片劑為固體，方便貯存和運(yùn)輸，為高鐵酸鹽的工業(yè)化應(yīng)用指明了方向.

復(fù)合高鐵酸鹽片劑對(duì)幾種染料的最高脫色率達(dá)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(chǎn)生有毒、有害副產(chǎn)物，是一種綠色環(huán)保的凈水劑，具有很好的應(yīng)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(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2000， 20(3):280-283.

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[3] Murshed M，Rockstraw D A， Hanson A T， et al.Rapid oxidation of sulfide mine tailings by reaction with potassium ferrate[J].Environmental Pollution， 2003， 125(2)：245-253.

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