功能有机物络合分离硫酸铝中铁的研究

摘要

初级硫酸铝产品可用于造纸、净水等一般生产过程，而精制硫酸铝广泛用于纺织、食品、催化剂载体生产等高端领域。其中，铁含量是影响硫酸铝产品应用的一项关键质量指标。近来，硫酸分解低品位铝土矿、煤矸石生产硫酸铝工艺是一种简便、经济的方法，但由于此类铝土矿、煤矸石中含铁较多，这使得硫酸铝产品中铁含量高，不能满足催化、高端纺织、造纸等领域对硫酸铝的技术要求。课题组前期研究也表明，以硫酸铝为载体原料制备镍活性组分的加氢催化剂，可应用于生产1，4-丁二醇及顺酐加氢反应中，但低浓度铁的存在直接影响着含镍硫酸铝原料的使用，影响到催化剂的催化性能，因此，探讨含镍硫酸铝中铁去除技术具有重要的理论和实践意义。
　　 文献报道硫酸铝中铁去除的方法主要有:重结晶法、萃取法、无机沉淀法、有机络合沉淀法、有机络合吸附法等方法。其中，有机络合沉淀法由于有机络合剂对铁离子选择性强、用量少、生成沉淀颗粒大、易于分离、工艺简单，在铁的去除实践中被认为是一种具有发展潜力的除铁技术;有机络合吸附法是通过嫁接或共聚方法将有机基团引入到二氧化硅等材料中，获得有机基团修饰的功能化材料，在水污染治理、催化和生物化学等领域具有广泛的应用前景。
　　 论文选择功能有机络合试剂，采用沉淀法和吸附法两种工艺研究硫酸铝中铁的分离，通过详尽考察功能有机络合物用量、溶液酸度、吸附时间、温度等条件对铁去除的影响，建立吸附动力学、热力学模型，获得功能有机物对硫酸铝中铁的吸附、络合、分离规律。具体研究成果如下:
　　 1、有机络合沉淀法除去硫酸铝中铁
　　 以二乙基二硫代氨基甲酸钠(DDTC)、N-亚硝基-苯胲铵(CP)、N-苯甲酰-N-苯基羟胺(BPHA)三种功能有机物为铁的络合沉淀剂，详细考察了功能有机试剂的用量、反应时间、反应温度、溶液酸度等因素对铁去除效果的影响。结果表明:
　　 1)在DDTC络合剂添加使用量0.88％，pH为2.5-3.0，室温反应5min条件下，铁去除率可达94％，铝损失率为约为13％-15％，铁残留量低于50mg/L;
　　 2)在CP络合剂添加量1.4％、pH为0.3，60℃反应1h条件下，铁去除率超过95％，铝损失率约10％，铁残留量低于50mg/L;
　　 3)在溶液酸度1.0mol/L，BPHA使用量1.4％、60℃反应1h条件下，铁去除率大于96.1％，铝损失率小于5％，铁残留量低于50mg/L;
　　 2、氨基改性蜂窝吸附剂除去硫酸铝中铁
　　 采用后嫁接方法，将氨基功能基团成功锚定到商品化蜂窝材料表面，获得氨基改性蜂窝吸附剂(HN)，并应用到硫酸铝中铁的分离。结果表明，用不同HN吸附剂进行吸附动力学研究，吸附动力学符合拟二级吸附速率方程，吸附等温线符合Sips模型，在30℃时最大吸附量为0.6196mg/g;随着Fe(Ⅲ)初始浓度增加14倍，去除率和分配系数分别下降2倍、9.6倍。
　　 3、氨基改性蜂窝吸附剂除去含镍硫酸铝中铁
　　 吸附动力学符合拟二级吸附速率方程，吸附等温线符合Sips模型，在30℃时最大吸附量为0.784mg/g。随着HN上氨基含量的增加，对铁离子的吸附能力增强，达到吸附平衡时，溶液中铁离子浓度趋于稳定；随着溶液pH的降低，HN材料对溶液中铁离子的吸附能力降低;在30℃、pH＞2吸附条件下，随着Fe(Ⅲ)初始浓度增加9.6倍，去除率和分配系数分别下降3.7倍、26倍，而镍、铝浓度基本不变。
　　 综上所述，本文选用DDTC、CP、BPHA三种功能有机络合试剂，建立了不同酸度(氢离子浓度为10-2.5、10-3、0.5mol/L、1mol/L)、不同铁含量(75-750mg/L)条件下的硫酸铝中铁的去除方法。研究发现功能有机络合沉淀法和吸附法能有效地除去硫酸铝中铁，可为高效除铁生产工艺的推广提供理论指导和技术支撑。

目录

摘要

第一章 文献综述

1．1 硫酸铝简介

1．1．1 碱解法生产低品位硫酸铝

1．1．2 酸解法生产低品位硫酸铝

1．2 硫酸铝除铁方法

1．2．1 重结晶法

1．2．2 萃取法

1．2．3 无机沉淀法

1．2．4 有机络合沉淀法

1．2．5 有机络合吸附法

1．2．6 其他方法

1．3 课题选择及研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验所用试剂和仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 除铁方法

2．3 硫酸铝溶液中铁含量的测定

2．3．1 配制铁标溶液(0．04 g／L)

2．3．2 绘制标准曲线

2．4 硫酸铝溶液中铝含量的测定

2．5 镍含量的测定

2．6 HN吸附材料的测试表征

2．6．1 FT-IR表征

2．6．2 TG表征

第三章 有机络合沉淀法除去硫酸铝中铁

3．1 引言

3．2 DDTC络合除去硫酸铝中铁

3．2．1 含铁硫酸铝溶液中铁、铝含量的测定

3．2．2 除铁方法

3．2．3 除铁后滤液中铁、铝含量的测定

3．2．4 优化除铁条件

3．2．5 小结

3．3 CP络合除去硫酸铝中铁

3．3．1 含铁硫酸铝溶液中铁、铝含量的测定

3．3．2 CP络合剂溶液配制

3．3．3 除铁方法

3．3．4 除铁后滤液中铁、铝含量的测定

3．3．5 优化除铁条件

3．3．6 小结

3．4 BPHA络合除去硫酸铝铁

3．4．1 含铁硫酸铝溶液中铁、铝含量的测定

3．4．2 BPHA络合剂溶液配制

3．4．3 除铁方法

3．4．4 除铁后滤液中铁、铝含量的测定

3．4．5 优化除铁条件

3．4．6 小结

第四章 有机络合吸附法除去硫酸铝中铁

4．1 前言

4．2 氨基改性蜂窝吸附材料的制备

4．3．氨基改性蜂窝吸附材料中氨基量测定

4．4 氨基改性蜂窝吸附材料的吸附动力学

4．5 氨基改性蜂窝吸附材料的吸附等温线

4．6 氨基改性蜂窝吸附材料的表征

4．6．1 FT-IR结果

4．6．2 TG结果

4．7 吸附动力学

4．8 吸附等温线

4．9 小结

第五章 有机络合吸附法除去含镍硫酸铝中铁

5．1 前言

5．2 氨基改性蜂窝吸附材料的制备

5．3 氨基改性蜂窝吸附材料的表征

5．4 氨基改性蜂窝吸附材料吸附铁

5．4．1 氨基含量对吸附铁效果的影响

5．4．2 pH对吸附铁效果的影响

5．4．3 Fe3+初始浓度的对吸附铁效果的影响

5．5 吸附动力学

5．6 吸附等温线

5．7 小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 论文创新点

6．3 工作展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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