高铁酸钠合成工艺及其在印染废水处理应用研究*

张 颖，何 雪，徐婉莹，张文雅，赵业军

（武汉东湖学院 生命科学与化学学院，湖北 武汉 430212）

具有最高价态+6价铁的含氧酸盐，即高铁酸盐是一种集氧化、絮凝、杀菌、吸附、助凝、除臭为一体的新型高效多功能水处理剂[1-3]，其还原产物对环境也不存在二次污染；作为处理剂和净水剂，高铁酸盐表现出优异的氧化、吸附和絮凝去除污染的协同功能，以及比氯系氧化剂更强的杀菌消毒能力[4,5]。本文采用钛白副产FeSO4精制后的溶液直接合成Na2FeO4，与普通的FeSO4净化工艺相比，减少了FeSO4结晶的步骤，不仅简化工艺流程，而且提高原料的利用率。研究采用钛白副产FeSO4精制后的溶液直接合成Na2FeO4的优化条件，探讨Na2FeO4对于模拟碱性印染废水甲基橙溶液处理的效果。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

I3型紫外-可见分光光度计（济南淘能仪器）；TDZ5-WS型高速离心机（湖南湘仪）。

FeSO4（工业级武汉方圆钛白，其中FeSO4·7H2O含量84.0%～87.0%，Ti含量0.3%～0.4%）；H2SO4（开封东大），聚丙烯酰胺、甲基橙（国药集团）；还原铁粉（上海展云），NaClO（武汉欣申），H2O2、NaOH（天津市凯通），以上试剂均为分析纯。

1.2 FeSO4的提纯

称取适量的工业FeSO4加入H2SO4调节溶液的pH值为2.8，加入适量还原铁粉，恒温70～90℃反应1h，趁热抽滤。滤液中加入5mL BaCl2溶液，微沸0.5h，趁热抽滤后加入少量聚丙烯酰胺，缓慢搅拌10min。趁热抽滤，滤液为提纯后的FeSO4溶液。

1.3 Na2FeO4的制备

移取60mL NaClO溶液与NaOH固体混合均匀，冷却至室温。取上一步精制的FeSO4溶液加入H2O2，混合均匀后加入NaClO和NaOH混合溶液，搅拌反应一定时间后离心，取上层紫红色清液，即为Na2FeO4溶液。

1.4 Na2FeO4处理印染废水

实验水样标准曲线由甲基橙稀释不同倍数制得。分别移取定量实验最佳条件制备的Na2FeO4液体，置于50mL的容量瓶中，处理时间为最适时间，选用最适pH值处理，测定经Na2FeO4处理后模拟印染废水甲基橙溶液的降解率。

2 结果与讨论

2.1 FeSO4溶液精制工艺的对比

称取适量的工业FeSO4加入H2SO4调节溶液的pH值为2.8，加入适量还原铁粉，恒温70～90℃反应1h，趁热抽滤。滤液采用以下4种不同工艺进行净化处理:（1）同时加入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同时处理FeSO4；（4）同时加入BaCl2和聚丙烯酰胺；微沸0.5h。趁热抽滤，滤液为提纯后的FeSO4溶液。结果见表1。

表1 FeSO4溶液制备方案对比Tab.1 Comparison of schemes for preparing ferrous sulfate solution

工艺（2）虽然FeSO4浓度最高，但其颜色为黄色，说明溶液中Fe3+含量高，不符合FeSO4精制的目标；其余3种工艺颜色符合要求，第4种工艺浓度相对较高，故选用第4种工艺。

2.2 Na2FeO4的制备

2.2.1 FeSO4用量对Na2FeO4吸光度的影响 在400～600nm波长范围内对Na2FeO4进行光谱扫描，测得Na2FeO4最大吸收波长为505nm。反应温度45℃、反应时间60min，在一定量的NaClO溶液中加入NaOH 30g、改变FeSO4溶液的加入量。将不同条件下制备的Na2FeO4使用紫外-可见分光光度计于505nm处测定其吸光度值，结果见图1。

图1 FeSO4用量的影响Fig.1 Influence of dosage of ferrous sulfate

由图1可知，FeSO4的最佳用量为17mL。

2.2.2 NaOH用量对Na2FeO4吸光度的影响 反应温度45℃、反应时间60min，在一定量的NaClO溶液中加入17mL FeSO4溶液，改变NaOH的加入量。实验结果见图2。

图2 NaOH用量的影响Fig.2 Influence of dosage of sodium hydroxide

由图2可知，当NaOH用量较少时，Na2FeO4的吸光度随着NaOH投加量的增加而升高，但其变化较小；随着NaOH用量继续增加，Na2FeO4的吸光度开始有明显变化；但当NaOH投加量超过30g后，Na2FeO4的吸光度波动不大，并且过多的NaOH会放热致使Na2FeO4分解。综合以上因素，NaOH用量以30g为宜。

2.3 反应时间对Na2FeO4吸光度的影响

在FeSO4溶液为17mL时，NaOH 30g、反应温度45℃条件下，分别测定反应20、40、60、80、100min后的Na2FeO4吸光度。结果见图3，反应最适时间为60min。

图3 反应时间的影响Fig.3 Effect of reaction time

综上所述，制备Na2FeO4的最佳条件为：在NaClO体积为60mL时，FeSO4溶液为17mL，NaOH 30g，45℃反应60min，Na2FeO4溶液含量最高。

2.4 Na2FeO4处理碱性印染废水的探讨

2.4.1 Na2FeO4用量的影响 取一定量碱性的甲基橙溶液，加入上一步制备的Na2FeO4溶液进行混合，反应3h，离心，取上清液测定吸光度得出去除率。图4为Na2FeO4溶液的用量影响。

图4 Na2FeO4溶液的用量影响Fig.4 Influence of dosage of sodium

由图4可知，Na2FeO4最适用量为10mL。

2.4.2 pH值的影响 取一定量的甲基橙溶液配置成pH值分别为7、8、9、10、11、12、13的溶液，加入上一步制备的Na2FeO4溶液进行混合，反应3h，离心，取上清液测定吸光度得出去除率。图5为甲基橙溶液pH值的影响。

由图5可知，适宜的印染废水pH值为12。

图5 甲基橙溶液pH值的影响Fig.5 Effect of pH of methyl orange solution

2.4.3 反应时间的影响 取一定量的甲基橙溶液，加入上一步制备的Na2FeO4溶液，反应不同时间，离心。取上清液测定吸光度得出降解率。图6为反应时间的影响。

图6 反应时间的影响Fig.6 Effect of reaction time

由图6可知，综合考虑最适的处理时间为3h。

综上所述，能达到最佳处理模拟印染废水甲基橙溶液的条件为：Na2FeO4用量10mL、甲基橙溶液pH值为12、反应时间3h，甲基橙去除率达到72.5%。

3 结论

本文采用钛白副产FeSO4精制后的溶液直接合成Na2FeO4，与普通的FeSO4净化工艺相比，减少了FeSO4结晶的步骤，不仅简化工艺流程，而且提高原料的利用率。

FeSO4净化后制备Na2FeO4的优化条件为：在NaClO体积为60mL时，FeSO4溶液为17mL，NaOH 30g，45℃反应60min，Na2FeO4溶液含量最高。加入制备的Na2FeO410mL，在pH值为12时，处理时间3h为最佳处理时间，经过处理后的模拟印染废水甲基橙溶液去除率达到72.5%。