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聚合硫酸鐵（聚合硫酸鐵）作為一種新型無機高分子復(fù)合絮凝劑與聚合氯化鋁相比具有安全無生物毒性、用量少、形成礬花大、混凝反應(yīng)快、沉降快、污泥脫水性好、水處理成本較低等優(yōu)點。曹建軍等〔1-2〕用交變磁場對聚合硫酸鐵溶液加以磁化，與聚合硫酸鐵相比，交變磁場作用下的聚合硫酸鐵（以下簡稱磁化聚合硫酸鐵）具有用量更省、除濁率更高、對COD和TP的去除率也更高等優(yōu)點。但目前，對其的研究只是偏重于性能和應(yīng)用研究，對其機理尚缺乏全面深入的科學(xué)論證，而國內(nèi)外也鮮有人通過實驗對磁化條件下的絮凝機理進(jìn)行深入研究。筆者采用SEM、FTIR、XRD、UV等現(xiàn)代分析測試手段對磁化聚合硫酸鐵和非磁化聚合硫酸鐵的形貌結(jié)構(gòu)、絮凝形態(tài)等進(jìn)行了測定與對比，分析研究羥基、硫酸根與鐵之間的相互作用，以及磁化作用對其相互之間的影響，探討磁化條件下聚合硫酸鐵絮凝效果得到增強的原理。

1實驗部分

1.1儀器與試劑

自制磁化裝置如圖1所示。

磁化裝置在一定范圍內(nèi)可控制頻率和磁場強度；電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海瑯玕實驗設(shè)備）；QUANTA200掃描電子顯微鏡（美國FEI公司），噴金預(yù)處理，掃描磁化的聚合硫酸鐵和非磁化聚合硫酸鐵的形貌結(jié)構(gòu)；NEXUS-670傅立葉變換紅外光譜儀（美國NICOLET公司），KBr壓片；UV-2600紫外光譜儀（日本島津公司），石英；D/max-rBX射線衍射儀（日本理學(xué)株式會社），Cu靶，Kα輻射源（λ=0.15405nm），管電壓46kV，電流100mA，掃描角度范圍為5°～80°，速度4（°）/min，應(yīng)用MDIJade5.0軟件對圖譜中的各個峰值和X射線衍射標(biāo)準(zhǔn)卡片軟件庫進(jìn)行匹配分析；AB204－N型電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）。聚合硫酸鐵（鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)18.5%）、氫氧化鈉，所用試劑均為分析純（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2實驗方法

1.2.1SEM、FTIR、XRD分析

取一定量的聚合硫酸鐵于去離子水中攪拌溶解，配制成0.1mol/L的溶液，分成2組；一組經(jīng)過磁化裝置進(jìn)行磁化，另一組不磁化。放入培養(yǎng)皿中在干燥箱內(nèi)于60℃，持續(xù)4h；取出冷卻，進(jìn)行預(yù)處理后，用SEM、FTIR、XRD分別進(jìn)行掃描。

1.2.2紫外光譜分析

對0.1mol/L的聚合硫酸鐵溶液進(jìn)行磁化處理，以滴定0.1mol/LNaOH溶液的方式，用不同的OH/Fe進(jìn)行滴定，滴定完成后熟化2h，然后稀釋50倍立刻進(jìn)行UV掃描，非磁化聚合硫酸鐵也做相同處理。

對聚合硫酸鐵絮凝劑做掃描電鏡分析、紅外光譜分析、X射線粉末衍射（XRD）分析、紫外光譜分析，得出結(jié)論：SEM下，磁化聚合硫酸鐵晶體顆粒尺寸明顯比非磁化聚合硫酸鐵要大，應(yīng)該是磁結(jié)晶效應(yīng)；FTIR下，磁化聚合硫酸鐵和非磁化聚合硫酸鐵是同一物質(zhì)產(chǎn)物，XRD下，再次印證磁化聚合硫酸鐵并沒有形成新羥基鍵化合物從而排除其結(jié)構(gòu)上的差異。而在UV下，磁化作用下Fe（c）含量減小，進(jìn)而推斷Fe3+在磁場作用下，使得Fe3+水合離子化合物的束縛力增強，由于水分子的氫鍵能力增強，抑制Fe3+進(jìn)一步生成Fe（c）這類高聚態(tài)化合物，從而使Fe（a）、Fe（b）這類低聚態(tài)鐵離子水合化合物含量增多。

磁場處理對聚合硫酸鐵溶液水解產(chǎn)物影響的機理淺析

有研究表明，磁場作用使得以水和離子形式存在的陽離子對周圍水分子的束縛力增強，水分子之間的氫鍵作用增強，降低了自由水分子在水中的比例，形成了更強大的水分子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)〔13〕。鑒于磁化聚合硫酸鐵并沒有形成新羥基鍵化合物，水溶液在紫外光譜下吸收發(fā)生的變化，磁化作用下的機理：Fe3+在磁場作用下，使得Fe3+水合離子化合物的束縛力增強，由于水分子的氫鍵能力增強，抑制Fe3+進(jìn)一步生成Fe（c）這類高聚態(tài)化合物，從而使Fe（a）、Fe（b）這類低聚態(tài)鐵離子水合化合物含量增多。而聚合硫酸鐵絮凝效果的強弱主要由Fe（a）、Fe（b）的含量決定，這也說明了為什么相同條件下磁化聚合硫酸鐵用料省、效果好。