本發(fā)明屬于鐵鹽類(lèi)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置及方法。

背景技術(shù)：

聚合硫酸鐵([Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2]_m，n>2，m<10)即PFS是一種鐵鹽類(lèi)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，其安全無(wú)害、用量少、吸附絮凝性強(qiáng)、形成的泥漿脫水性好，對(duì)水中的BOD、COD、重金屬有著良好的去除性能，同時(shí)也具備脫色、除臭、破乳及污泥脫水等功能。因此，聚合硫酸鐵被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢水、城市污水、工業(yè)用水以及生活用水的凈化處理。

聚合硫酸鐵的主要制備原料是硫酸亞鐵和硫酸，制備方法主要包括：1)直接氧化法，即采用某種強(qiáng)氧化劑(H₂O₂、HNO₃、KClO₃)在酸性溶液中將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子；2)催化氧化法，即在催化劑的作用下，以空氣或氧氣作為氧化劑將二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子。相比而言，直接氧化法工藝路線(xiàn)簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快、對(duì)設(shè)備要求不高、一次性投資少、產(chǎn)品質(zhì)量好(孫全方.固體聚合硫酸鐵生產(chǎn)工藝改進(jìn)探究.廣東化工，2013，21：73-90.)，其反應(yīng)步驟分為以下三步：

氧化：FeSO₄+H₂SO₄+KClO₃(氧化劑)＝KCl+3H₂O+3Fe₂(SO₄)₃

水解：Fe₂(SO₄)₃+nH₂O＝Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2+n/2H₂SO₄

聚合：mFe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2＝[Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2]_m

鹽基度是評(píng)定聚合硫酸鐵質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，一般認(rèn)為鹽基度愈高([Fe₂(OH)_n(SO₄)_3-n/2]_m中OH^-占有的比例越大)，絮凝效果愈佳、絮體的沉降速度越快，我國(guó)國(guó)標(biāo)GB14591-2006規(guī)定水處理劑聚合硫酸鐵鹽基度必須達(dá)到8％以上。因此，研究者們致力于研究制備高鹽基度聚合硫酸鐵的方法。比如，現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)一種通過(guò)調(diào)節(jié)原料中硫酸與硫酸亞鐵的物質(zhì)的量比值來(lái)提高鹽基度的方法(Journal of Environmental Engineering,2002(128):483-490)，但據(jù)中國(guó)雜志(洪金德.凈水劑聚合硫酸鐵的制備.化工進(jìn)展，2001(3)：33-35.) 介紹，要想生產(chǎn)出合格的PFS，必須嚴(yán)格控制原料中的硫酸與硫酸亞鐵的物質(zhì)的量比值，因此通過(guò)該方法來(lái)提高鹽基度程度有限?，F(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)一種通過(guò)添加助聚劑的方法來(lái)提高鹽基度(諸愛(ài)士，張良佺，黃校華，俞新峰.阻聚劑對(duì)聚合硫酸鐵鹽基度影響研究.化學(xué)反應(yīng)工程與工藝，2002，18(2)：180-183.)，但助聚劑本身對(duì)聚合硫酸鐵其它性能的影響還不得而知?，F(xiàn)有技術(shù)還公開(kāi)了一種通過(guò)增加氧化劑用量來(lái)提高鹽基度的方法(胡成松，唐金斌，陶冠紅.聚合硫酸鐵合成新工藝.應(yīng)用化工，2004，33：55-56.)，不過(guò)提高程度有限，同時(shí)過(guò)多使用價(jià)格昂貴的氧化劑增加了聚合硫酸鐵的生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置及方法，采用本發(fā)明提供的裝置及方法制備聚合硫酸鐵，能夠自由調(diào)節(jié)聚合硫酸鐵的鹽基度而不受其它條件限制，同時(shí)工藝流程簡(jiǎn)單、不需額外添加其它助劑。

本發(fā)明提供了一種制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置，包括：

膜堆、陰電極、陽(yáng)電極、第一電解液進(jìn)樣裝置、第二電解液進(jìn)樣裝置、酸溶液生成裝置、反應(yīng)液進(jìn)樣裝置與電源；

所述陰電極與所述電源的負(fù)極相連；

所述陽(yáng)電極與所述電源的正極相連；

所述陰電極和所述陽(yáng)電極分別設(shè)置于所述膜堆的兩邊；

所述膜堆內(nèi)部形成陽(yáng)極室、陰極室、酸室和反應(yīng)室四個(gè)隔室；

所述第一電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陽(yáng)極室進(jìn)料口相連，所述第一電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陽(yáng)極室出料口相連；

所述第二電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陰極室進(jìn)料口相連，所述第二電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陰極室出料口相連；

所述酸溶液生成裝置的出口與所述酸室進(jìn)料口相連，所述酸溶液生成裝置的進(jìn)口與所述酸室出料口相連；

所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的出口與所述反應(yīng)室進(jìn)料口相連，所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述反應(yīng)室出料口相連。

優(yōu)選的，所述膜堆包括陰離子交換膜、隔網(wǎng)與雙極膜；所述隔網(wǎng)位于陰離子交換膜與雙極膜之間。

優(yōu)選的，還包括夾緊裝置，所述夾緊裝置用于固定所述陰電極、陽(yáng)電極與膜堆。

優(yōu)選的，還包括反應(yīng)液加熱攪拌裝置；所述反應(yīng)液加熱攪拌裝置用于加熱攪拌反應(yīng)液。

本發(fā)明還提供了一種制備高鹽基度聚合硫酸鐵的方法，采用上述的裝置制備聚合硫酸鐵，包括以下步驟：

將強(qiáng)電解質(zhì)溶液通過(guò)第一電解液進(jìn)樣裝置輸送到膜堆陽(yáng)極室中；

將強(qiáng)電解質(zhì)溶液通過(guò)第二電解液進(jìn)樣裝置輸送到膜堆陰極室中；

將酸溶液通過(guò)酸溶液生成裝置輸送到膜堆酸室中；

將反應(yīng)液通過(guò)反應(yīng)液進(jìn)樣裝置輸送到膜堆反應(yīng)室中，所述反應(yīng)液包括硫酸亞鐵、硫酸與氧化劑；

所述雙極膜在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生OH^-和H⁺，OH^-與反應(yīng)液結(jié)合在膜堆反應(yīng)室中得到高鹽基度聚合硫酸鐵。

優(yōu)選的，所述強(qiáng)電解質(zhì)溶液的濃度為0.01～2mol/L。

優(yōu)選的，所述酸溶液為選自硫酸、鹽酸與硝酸中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述酸溶液的濃度為0.05～2mol/L。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)液中硫酸亞鐵的濃度≥2mol/L。

優(yōu)選的，所述反應(yīng)液中氧化劑的物質(zhì)的量為a，硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為b，所述a:b≥0.1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置，包括：膜堆、陰電極、陽(yáng)電極、第一電解液進(jìn)樣裝置、第二電解液進(jìn)樣裝置、酸溶液生成裝置、反應(yīng)液進(jìn)樣裝置與電源；所述陰電極與所述電源的負(fù)極相連；所述陽(yáng)電極與所述電源的正極相連；所述陰電極和所述陽(yáng)電極分別設(shè)置于所述膜堆的兩邊；所述膜堆內(nèi)部形成陽(yáng)極室、陰極室、酸室和反應(yīng)室四個(gè)隔室；所述第一電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陽(yáng)極室進(jìn)料口相連，所述第一電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陽(yáng)極室出料口相連；所述第二電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陰極室進(jìn)料口相連，所述第二電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陰極室出料口相連；所述酸溶液生成裝置的出口與所述酸室進(jìn)料口相連，所述 酸溶液生成裝置的進(jìn)口與所述酸室出料口相連；所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的出口與所述反應(yīng)室進(jìn)料口相連，所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述反應(yīng)室出料口相連。本發(fā)明提供的制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置，在電場(chǎng)作用下，雙極膜解離的OH^-參與到聚合硫酸鐵的制備過(guò)程中，大大提高了鹽基度，且提高程度不受其它因素限制，同時(shí)不需要在反應(yīng)液中額外添加任何助劑和過(guò)多的氧化劑；此外，雙極膜解離的H⁺結(jié)合陰離子產(chǎn)生了酸溶液，可以循環(huán)使用。工藝流程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化和連續(xù)化生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的制備高鹽基度聚合硫酸鐵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的制備高鹽基度聚合硫酸鐵裝置膜堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的膜堆電壓隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖與酸室硫酸濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供一種制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置，其特征在于，包括：

膜堆、陰電極、陽(yáng)電極、第一電解液進(jìn)樣裝置、第二電解液進(jìn)樣裝置、酸溶液生成裝置、反應(yīng)液進(jìn)樣裝置與電源；

所述陰電極與所述電源的負(fù)極相連；

所述陽(yáng)電極與所述電源的正極相連；

所述陰電極和所述陽(yáng)電極分別設(shè)置于所述膜堆的兩邊；

所述膜堆內(nèi)部形成陽(yáng)極室、陰極室、酸室和反應(yīng)室四個(gè)隔室；

所述第一電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陽(yáng)極室進(jìn)料口相連，所述第一電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陽(yáng)極室出料口相連；

所述第二電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陰極室進(jìn)料口相連，所述第二電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陰極室出料口相連；

所述酸溶液生成裝置的出口與所述酸室進(jìn)料口相連，所述酸溶液生成裝置的進(jìn)口與所述酸室出料口相連；

所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的出口與所述反應(yīng)室進(jìn)料口相連，所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述反應(yīng)室出料口相連。

參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的制備高鹽基度聚合硫酸鐵裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1為膜堆，2為配套電源，3為電源正極，4為電源負(fù)極，5為陽(yáng)電極，6為陰電極，7為前夾緊板，8為后夾緊板，9為電滲析裝置，10為第一電解液出口，11為第一電解液入口，12為反應(yīng)液出口，13為反應(yīng)液入口，14是酸溶液出口，15是酸溶液入口，16是第二電解液入口，17是第二電解液出口，18是陽(yáng)極潛水泵，19是反應(yīng)室潛水泵，20是酸室潛水泵，21是陰極潛水泵，22是陽(yáng)極室罐，23是反應(yīng)室罐，24是酸室罐，25是陰極室罐，26是磁力加熱攪拌器。

在本發(fā)明中，所述制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置包括膜堆。所述膜堆包括陰離子交換膜、隔網(wǎng)和雙極膜；所述隔網(wǎng)位于陰離子交換膜和雙極膜之間。本發(fā)明對(duì)所述陰離子交換膜、雙極膜沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的陰離子交換膜和雙極膜，由市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)獲得即可。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述陰離子交換膜、雙極膜的每張有效面積可以為0.01dm²～3dm²；在另外的實(shí)施例中，所述陰離子交換膜、雙極膜的有效面積也可以為0.05dm²～2dm²；在其他的實(shí)施例中，所述陰離子交換膜、雙極膜的有效面積還可以為0.7dm²。本發(fā)明可以采用合肥科佳高分子材料科技有限公司提供的陰離子交換膜，北京廷潤(rùn)膜技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司提供的雙極膜。

在本發(fā)明中，所述陰離子交換膜、隔網(wǎng)、雙極膜、隔網(wǎng)交替疊壓后構(gòu)成重復(fù)單元，在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述膜堆可以包括1對(duì)～10對(duì)所述重復(fù)單元；在另外的實(shí)施例中，所述膜堆也可以包括2對(duì)～9對(duì)所述重復(fù)單元；在其他的實(shí)施例中，所述膜堆還可以包括3對(duì)所述重復(fù)單元。在本發(fā)明中，所述重復(fù)單元優(yōu)選還包括密封墊，所述密封墊設(shè)置于所述陰離子交換膜和所述隔網(wǎng)之間、所述隔網(wǎng)和所述雙極膜之間。

在本發(fā)明中，所述隔網(wǎng)的邊緣優(yōu)選包括小孔，所述小孔包括密封小孔和開(kāi)口小孔，所述密封小孔用于使得液體流動(dòng)；所述開(kāi)口小孔的開(kāi)口方向優(yōu)選為隔網(wǎng)中部，使得液體可以在中部一方面進(jìn)行離子交換，另一方面按照小孔 方向繼續(xù)流出，可以用來(lái)控制出口位置。所述陰離子交換膜和雙極膜上優(yōu)選也包括小孔，小孔均為封閉小孔，且位于膜邊緣。通過(guò)上述膜的組成以及小孔的設(shè)置從而使得獨(dú)立的隔室各自之間可以進(jìn)行離子交換，并且獨(dú)立的隔室之間各自形成循環(huán)回路并且出口可控。

在本發(fā)明中，所述隔網(wǎng)、陰離子交換膜、雙極膜和小孔的位置關(guān)系如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的制備高鹽基度聚合硫酸鐵裝置膜堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；其中1為陰離子交換膜，2、3組成隔網(wǎng)；4為雙極膜，5為隔網(wǎng)。6、7、8、9分別是示意溶液進(jìn)出方向。

在本發(fā)明中，所述陽(yáng)電極和所述陰電極分別置于所述膜堆的兩邊。本發(fā)明對(duì)所述陽(yáng)電極和陰電極沒(méi)有特殊的限制，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的電滲析裝置所用的陽(yáng)電極和陰電極，滿(mǎn)足實(shí)際操作條件即可。在本發(fā)明中，所述陽(yáng)電極通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與電源的正極相連；所述陰電極通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與電源的負(fù)極相連。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述電源為與所述陰電極和所述陽(yáng)電極配套的電源；所述電源可以為直流電源。

在本發(fā)明中，所述夾緊裝置用于固定所述陰電極、陽(yáng)電極與膜堆。本發(fā)明對(duì)所述夾緊裝置沒(méi)有特殊的限制，滿(mǎn)足實(shí)際操作條件即可。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述夾緊裝置可以由兩塊夾緊鐵板和螺栓組成，將兩塊夾緊鐵板分別設(shè)置于所述膜堆的兩邊，并用螺栓緊固。

在本發(fā)明中，所述膜堆內(nèi)部形成陽(yáng)極室、陰極室、反應(yīng)室和酸室四個(gè)隔室。所述第一電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陽(yáng)極室進(jìn)料口相連，所述第一電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陽(yáng)極室出料口相連。在本發(fā)明中，所述陽(yáng)極室的進(jìn)料口設(shè)置在與所述陰極室進(jìn)口、反應(yīng)室進(jìn)口、酸室進(jìn)口不同的位置；所述陽(yáng)極室的出料口設(shè)置在與所述陰極室出口、反應(yīng)室出口、酸室出口不同的位置。在本發(fā)明中，所述第一電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口可以與所述第一電解液進(jìn)樣裝置出口相同，也可以不同。本發(fā)明通過(guò)將所述第一電解液進(jìn)樣裝置出口與所述陽(yáng)極室的進(jìn)料口相連，所述第一電解液進(jìn)樣裝置進(jìn)口與所述陽(yáng)極室的出料口相連，使第一電解液進(jìn)樣裝置和陽(yáng)極室之間形成循環(huán)回路。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了便于第一電解液的循環(huán)流動(dòng)，所述第一電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陽(yáng)極室的進(jìn)料口之間可以設(shè)置有第一連接裝置；所述第一電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陽(yáng)極室的出料口之間可以設(shè)置有第二連 接裝置。本發(fā)明對(duì)所述第一連接裝置和第二連接裝置沒(méi)有特殊的限制，滿(mǎn)足實(shí)際操作條件即可；在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第一連接裝置可以為乳膠管；所述第二連接裝置可以為乳膠管。

在本發(fā)明中，所述第一電解液進(jìn)樣裝置優(yōu)選包括第一電解液盛放容器和第一電解液輸送裝置。在本發(fā)明中，所述第一電解液盛放容器的進(jìn)口與所述陽(yáng)極室的出料口相連；所述第一電解液輸送裝置設(shè)置于所述第一電解液盛放容器內(nèi)部。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第一電解液盛放容器的進(jìn)口與所述陽(yáng)極室的出料口采用上述技術(shù)方案所述的第二連接裝置相連；所述第一電解液輸送裝置的出口采用上述技術(shù)方案所述的第一連接裝置與所述陽(yáng)極室的進(jìn)料口相連。

在本發(fā)明中，所述第一電解液盛放容器用于盛放第一電解液。在本發(fā)明中，所述第一電解液優(yōu)選為強(qiáng)電解質(zhì)溶液，更優(yōu)選為選自氫氧化鈉、硫酸、氫氧化鉀、硫酸鈉和硫酸鉀溶液中的一種或多種，最優(yōu)選為硫酸鈉溶液。在本發(fā)明中，所述第一電解液的摩爾濃度優(yōu)選為0.01mol/L～2mol/L，更優(yōu)選為0.03mol/L～1.5mol/L，最優(yōu)選為0.06mol/L～1.2mol/L，最最優(yōu)選為0.08mol/L～1mol/L。所述第一電解液的體積優(yōu)選為淹沒(méi)第一電解液盛放容器中的第一電解液輸送裝置。本發(fā)明對(duì)所述第一電解液盛放容器的形狀、材質(zhì)和尺寸沒(méi)有特殊的限制，滿(mǎn)足實(shí)際操作條件即可；在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第一電解液盛放容器可以為陽(yáng)極室罐22。

在本發(fā)明中，所述第一電解液輸送裝置用于將所述第一電解液盛放容器中的第一電解液輸送至所述陽(yáng)極室中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第一電解液輸送裝置可以為陽(yáng)極潛水泵18。

在本發(fā)明中，所述第二電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陰極室進(jìn)料口相連，所述第二電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陰極室出料口相連。在本發(fā)明中，所述陰極室的進(jìn)料口設(shè)置在與所述陽(yáng)極室進(jìn)口、酸室進(jìn)口和反應(yīng)室進(jìn)口不同的位置；所述陰極室的出料口設(shè)置在與所述陰極室出口、酸室出口和反應(yīng)室出口不同的位置。在本發(fā)明中，所述第二電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口可以與所述第二電解液進(jìn)樣裝置出口相同，也可以不同。本發(fā)明通過(guò)將所述第二電解液進(jìn)樣裝置出口與所述陰極室的進(jìn)料口相連，所述第二電解液進(jìn)樣裝置進(jìn)口與所述陰極室的出料口相連，使第二電解液進(jìn)樣裝置和陰極室之間形成循環(huán)回路。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了便于第二電解液的循環(huán)流動(dòng)，所述第二電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陰極室的進(jìn)料口之間可以設(shè)置有第三連接裝置；所述第二電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陰極室的出料口之間可以設(shè)置有第四連接裝置。本發(fā)明對(duì)所述第三連接裝置和第四連接裝置沒(méi)有特殊的限制，滿(mǎn)足實(shí)際操作條件即可；在本發(fā)明中，所述第三連接裝置和第四連接裝置可以與上述技術(shù)方案所述的第一連接裝置相同，也可以不同。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第三連接裝置可以為乳膠管；所述第四連接裝置可以為乳膠管。

在本發(fā)明中，所述第二電解液進(jìn)樣裝置優(yōu)選包括第二電解液盛放容器和第二電解液輸送裝置。在本發(fā)明中，所述第二電解液盛放容器的進(jìn)口與所述陰極室的出料口相連；所述第二電解液輸送裝置設(shè)置于所述第二電解液盛放容器內(nèi)部；在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第二電解液盛放容器的進(jìn)口與所述陰極室的出料口采用上述技術(shù)方案所述的第四連接裝置相連；所述第二電解液輸送裝置的出口采用上述技術(shù)方案所述的第三連接裝置與所述陰極室的進(jìn)料口相連。

在本發(fā)明中，所述第二電解液盛放容器用于盛放第二電解液。在本發(fā)明中，所述第二電解液優(yōu)選為強(qiáng)電解質(zhì)溶液，更優(yōu)選為氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液、硫酸溶液、硫酸鈉和硫酸鉀溶液中的一種或多種，最優(yōu)選為硫酸鈉溶液。在本發(fā)明中，所述第二電解液的摩爾濃度優(yōu)選為0.01mol/L～2mol/L，更優(yōu)選為0.03mol/L～1.5mol/L，最優(yōu)選為0.06mol/L～1.2mol/L，最最優(yōu)選為0.08mol/～1mol/L。所述第二電解液的體積優(yōu)選為淹沒(méi)第二電解液盛放容器中的第二電解液輸送裝置。本發(fā)明對(duì)所述第二電解液盛放容器的形狀、材質(zhì)和尺寸沒(méi)有特殊的限制，滿(mǎn)足實(shí)際操作條件即可；在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第二電解液盛放容器可以為陰極室罐25。

在本發(fā)明中，所述第二電解液輸送裝置用于將所述第二電解液盛放容器中的第二電解液輸送至所述陰極室中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第二電解液輸送裝置可以為陰極潛水泵21。

在本發(fā)明中，上述第一電解液輸送裝置和第二電解液輸送裝置用于提供電離的電解質(zhì)，有循環(huán)的腔室即可。

在本發(fā)明中，所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置出口與所述反應(yīng)室進(jìn)料口相連，所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述反應(yīng)室出料口相連。在本發(fā)明中，所述反應(yīng)液 進(jìn)樣裝置的進(jìn)口可以與所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置出口相同，也可以不同。本發(fā)明通過(guò)將所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置出口與所述反應(yīng)室進(jìn)料口相連，所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置進(jìn)口與所述反應(yīng)室出料口相連，使反應(yīng)液進(jìn)樣裝置和膜堆內(nèi)部的反應(yīng)室之間形成循環(huán)回路。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了便于反應(yīng)液的循環(huán)流動(dòng)，所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的出口與所述反應(yīng)室進(jìn)料口之間可以設(shè)置有第五連接裝置；所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述反應(yīng)室出料口之間可以設(shè)置有第六連接裝置。本發(fā)明對(duì)所述第五連接裝置和第六連接裝置沒(méi)有特殊的限制，滿(mǎn)足實(shí)際操作條件即可；在本發(fā)明中，所述第五連接裝置和第六連接裝置可以與上述技術(shù)方案所述的第一連接裝置相同，也可以不同。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第五連接裝置可以為乳膠管；所述第六連接裝置可以為乳膠管。

在本發(fā)明中，所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置優(yōu)選包括反應(yīng)液盛放容器和反應(yīng)液輸送裝置。在本發(fā)明中，所述反應(yīng)液盛放容器的進(jìn)口與所述反應(yīng)室出料口相連；所述反應(yīng)液輸送裝置設(shè)置于所述反應(yīng)液盛放容器內(nèi)部。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述反應(yīng)液盛放容器的進(jìn)口與所述反應(yīng)室出料口采用上述技術(shù)方案所述的第六連接裝置相連；所述反應(yīng)液輸送裝置的出口采用上述技術(shù)方案所述的第五連接裝置與所述反應(yīng)室進(jìn)料口相連。

在本發(fā)明中，所述反應(yīng)液盛放容器用于盛放反應(yīng)液，優(yōu)選為硫酸亞鐵、硫酸和氧化劑的混合溶液。本發(fā)明中，優(yōu)選反應(yīng)液中的硫酸亞鐵濃度≥2mol/L，更優(yōu)選為2～10mol/L，再優(yōu)選為2～8mol/L，再優(yōu)選為2～5mol/L，最優(yōu)選為2～4mol/L。本發(fā)明中，優(yōu)選反應(yīng)液中的硫酸與硫酸亞鐵的物質(zhì)的量比值為0.1～3，更優(yōu)選為0.2～2，最優(yōu)選為0.25～0.6。本發(fā)明中，氧化劑優(yōu)選為強(qiáng)氧化劑，更優(yōu)選為雙氧水、硝酸、氯酸鉀、次氯酸鈉、氯酸鈉的一種或多種，最優(yōu)選為氯酸鉀。優(yōu)選的，所述反應(yīng)液中強(qiáng)氧化劑的物質(zhì)的量為a，硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為b，所述a:b≥0.1。所述反應(yīng)液的體積優(yōu)選為淹沒(méi)反應(yīng)液盛放容器中的反應(yīng)液輸送裝置。本發(fā)明對(duì)所述反應(yīng)液盛放容器的形狀、材質(zhì)和尺寸沒(méi)有特殊的限制，滿(mǎn)足實(shí)際操作條件即可；在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述反應(yīng)液盛放容器可以為反應(yīng)室罐23。

在本發(fā)明中，所述反應(yīng)液輸送裝置用于將所述反應(yīng)液盛放容器中的反應(yīng)液輸送至所述膜堆內(nèi)部的反應(yīng)室中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述反應(yīng)液輸送裝置可以為反應(yīng)室潛水泵19。

在本發(fā)明中，為使反應(yīng)液充分反應(yīng)，優(yōu)選還包括反應(yīng)液加熱攪拌裝置，所述反應(yīng)液加熱攪拌裝置用于加熱攪拌所述反應(yīng)液盛放容器中的反應(yīng)液。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述反應(yīng)液加熱攪拌裝置可以為磁力加熱攪拌器26。

在本發(fā)明中，所述酸溶液生成裝置的出口與所述酸室進(jìn)料口相連，所述酸溶液生成裝置的進(jìn)口與所述酸室出料口相連。本發(fā)明通過(guò)將所述酸溶液生成裝置出口與所述酸室進(jìn)料口相連，所述酸溶液生成裝置進(jìn)口與所述酸室出料口相連，使酸溶液生成裝置和膜堆內(nèi)部的酸室之間形成循環(huán)回路。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了便于酸溶液的循環(huán)流動(dòng)，所述酸溶液生成裝置的出口與所述酸室進(jìn)料口之間可以設(shè)置有第七連接裝置；所述酸溶液生成裝置的進(jìn)口與所述酸室出料口之間可以設(shè)置有第八連接裝置。本發(fā)明對(duì)所述第七連接裝置和第八連接裝置可以與上述技術(shù)方案所述的第一連接裝置相同，也可以不同。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述第七連接裝置可以為乳膠管；所述第八連接裝置可以為乳膠管。

在本發(fā)明中，所述酸溶液生成裝置優(yōu)選包括酸溶液盛放容器和酸溶液輸送裝置。在本發(fā)明中，所述酸溶液盛放容器的進(jìn)口與所述酸室出料口相連；所述酸溶液輸送裝置設(shè)置于所述酸溶液盛放容器內(nèi)部。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述酸溶液盛放容器的進(jìn)口與所述酸室出料口采用上述技術(shù)方案所述的第八連接裝置相連；所述酸溶液輸送裝置的出口采用上述技術(shù)方案所述的第七連接裝置與所述酸室進(jìn)料口相連。

在本發(fā)明中，所述酸溶液盛放容器用于盛放酸溶液；所述酸溶液優(yōu)選為強(qiáng)酸溶液，更優(yōu)選為硫酸、鹽酸和硝酸中的一種或多種，最優(yōu)選為硫酸溶液。在本發(fā)明中，所述酸溶液的摩爾濃度優(yōu)選為0.01mol/L～2mol/L，更優(yōu)選為0.03mol/L～1.5mol/L，最優(yōu)選為0.06mol/L～1.2mol/L，最最優(yōu)選為0.08mol/～1mol/L。所述酸溶液的體積優(yōu)選為淹沒(méi)酸溶液盛放容器中的酸溶液輸送裝置。本發(fā)明對(duì)所述酸溶液盛放容器的形狀、材質(zhì)和尺寸沒(méi)有特殊的限制，滿(mǎn)足實(shí)際操作條件即可；在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述酸溶液盛放容器可以為酸室罐24。

在本發(fā)明中，所述酸溶液輸送裝置用于將所述酸溶液盛放容器中的酸溶液輸送至所述膜堆內(nèi)部的酸室中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述酸溶液輸送裝置可以為酸室潛水泵20。

在本發(fā)明中，優(yōu)選采用直流電源2對(duì)上述裝置進(jìn)行恒流或恒壓操作。

本發(fā)明提供了一種制備高鹽基度聚合硫酸鐵的方法，采用上述技術(shù)方案所述的制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置制備聚合硫酸鐵，包括以下步驟：

將強(qiáng)電解質(zhì)溶液通過(guò)第一電解液進(jìn)樣裝置輸送到膜堆陽(yáng)極室中；

將強(qiáng)電解質(zhì)溶液通過(guò)第二電解液進(jìn)樣裝置輸送到膜堆陰極室中；

將酸溶液通過(guò)酸溶液生成裝置輸送到膜堆酸室中；

將反應(yīng)液通過(guò)反應(yīng)液進(jìn)樣裝置輸送到膜堆反應(yīng)室中，所述反應(yīng)液包括硫酸亞鐵、硫酸與氧化劑；

所述雙極膜在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生OH^-和H⁺，OH^-與反應(yīng)液結(jié)合在膜堆內(nèi)部反應(yīng)室中得到高鹽基度聚合硫酸鐵，H⁺與陰離子結(jié)合在膜堆內(nèi)部酸室中得到酸溶液。

在本發(fā)明中，首先將強(qiáng)電解質(zhì)溶液通過(guò)第一電解液進(jìn)樣裝置輸送到膜堆陽(yáng)極室中；所述強(qiáng)電解質(zhì)溶液選自氫氧化鈉、硫酸、氫氧化鉀、硫酸鈉和硫酸鉀溶液中的一種或多種，最優(yōu)選為硫酸鈉溶液。在本發(fā)明中，所述強(qiáng)電解質(zhì)的摩爾濃度優(yōu)選為0.01mol/L～2mol/L，更優(yōu)選為0.03mol/L～1.5mol/L，最優(yōu)選為0.06mol/L～1.2mol/L，最最優(yōu)選為0.08mol/L～1mol/L。

本發(fā)明對(duì)于上述裝置以及輸送方式已經(jīng)有清楚的描述，在此不再贅述。

在本發(fā)明中，將強(qiáng)電解質(zhì)溶液通過(guò)第二電解液進(jìn)樣裝置輸送到膜堆陰極室中；所述強(qiáng)電解質(zhì)溶液選自氫氧化鈉、硫酸、氫氧化鉀、硫酸鈉和硫酸鉀溶液中的一種或多種，最優(yōu)選為硫酸鈉溶液。在本發(fā)明中，所述強(qiáng)電解質(zhì)的摩爾濃度優(yōu)選為0.01mol/L～2mol/L，更優(yōu)選為0.03mol/L～1.5mol/L，最優(yōu)選為0.06mol/L～1.2mol/L，最最優(yōu)選為0.08mol/L～1mol/L。本發(fā)明對(duì)于上述裝置以及輸送方式已經(jīng)有清楚的描述，在此不再贅述。

在本發(fā)明中，上述第一電解液輸送裝置和第二電解液輸送裝置用于提供電離的電解質(zhì)，有循環(huán)的腔室即可。與其余隔室的位置關(guān)系可以不進(jìn)行限定。

在本發(fā)明中，將反應(yīng)液通過(guò)反應(yīng)液進(jìn)樣裝置輸送到膜堆反應(yīng)室中；優(yōu)選的，所述反應(yīng)液為硫酸亞鐵、硫酸和氧化劑的混合溶液。本發(fā)明中，優(yōu)選反 應(yīng)液中的硫酸亞鐵濃度≥2mol/L。本發(fā)明中，優(yōu)選反應(yīng)液中的硫酸與硫酸亞鐵的物質(zhì)的量比值為0.1～3，更優(yōu)選為0.2～2，最優(yōu)選為0.25～0.6。本發(fā)明中，氧化劑優(yōu)選為強(qiáng)氧化劑，更優(yōu)選為雙氧水、硝酸、氯酸鉀、次氯酸鈉、氯酸鈉的一種或多種，最優(yōu)選為氯酸鉀。本發(fā)明中，優(yōu)選的，所述反應(yīng)液中強(qiáng)氧化劑的物質(zhì)的量為a，硫酸亞鐵的物質(zhì)的量為b，所述a:b≥0.1。所述反應(yīng)液的體積優(yōu)選為淹沒(méi)反應(yīng)液盛放容器中的反應(yīng)液輸送裝置。

在本發(fā)明中，為使反應(yīng)更好地進(jìn)行，優(yōu)選先將反應(yīng)液通過(guò)反應(yīng)液加熱攪拌裝置進(jìn)行加熱攪拌，然后再通過(guò)反應(yīng)液進(jìn)樣裝置輸送到膜堆反應(yīng)室中。

在本發(fā)明中，將酸溶液通過(guò)酸溶液生成裝置輸送到膜堆酸室中；優(yōu)選的，所述酸溶液為強(qiáng)酸溶液，更優(yōu)選為硫酸、鹽酸和硝酸中的一種或多種，最優(yōu)選為硫酸溶液。在本發(fā)明中，所述酸溶液的摩爾濃度優(yōu)選為0.01mol/L～2mol/L，更優(yōu)選為0.03mol/L～1.5mol/L，最優(yōu)選為0.06mol/L～1.2mol/L，最最優(yōu)選為0.08mol/～1mol/L。所述酸溶液的體積優(yōu)選為淹沒(méi)酸溶液盛放容器中的酸溶液輸送裝置。

本發(fā)明中，所述雙極膜在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生OH^-和H⁺，OH^-與反應(yīng)液結(jié)合在膜堆內(nèi)部反應(yīng)室中得到高鹽基度聚合硫酸鐵，H⁺與陰離子結(jié)合在膜堆內(nèi)部酸室中得到酸溶液。

在本發(fā)明中，優(yōu)選的，在運(yùn)行裝置之前，優(yōu)先使得溶液循環(huán)流動(dòng)排除裝置內(nèi)部氣泡；待氣泡排除后，開(kāi)啟直流電源，運(yùn)行裝置。更優(yōu)選的，所述使得溶液循環(huán)流動(dòng)具體為開(kāi)啟潛水泵，使得陽(yáng)極室、陰極室、反應(yīng)室、酸室的溶液各自循環(huán)回路循環(huán)流動(dòng)。

本發(fā)明提供了一種制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置，包括：膜堆、陰電極、陽(yáng)電極、第一電解液進(jìn)樣裝置、第二電解液進(jìn)樣裝置、酸溶液生成裝置、反應(yīng)液進(jìn)樣裝置與電源；所述陰電極與所述電源的負(fù)極相連；所述陽(yáng)電極與所述電源的正極相連；所述陰電極和所述陽(yáng)電極分別設(shè)置于所述膜堆的兩邊；所述膜堆內(nèi)部形成陽(yáng)極室、陰極室、酸室和反應(yīng)室四個(gè)隔室；所述第一電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陽(yáng)極室進(jìn)料口相連，所述第一電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陽(yáng)極室出料口相連；所述第二電解液進(jìn)樣裝置的出口與所述陰極室進(jìn)料口相連，所述第二電解液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述陰極室出料口相連；所述酸溶液生成裝置的出口與所述酸室進(jìn)料口相連，所述酸溶液生成裝置的進(jìn) 口與所述酸室出料口相連；所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的出口與所述反應(yīng)室進(jìn)料口相連，所述反應(yīng)液進(jìn)樣裝置的進(jìn)口與所述反應(yīng)室出料口相連。本發(fā)明提供的制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置，在電場(chǎng)作用下，雙極膜解離的OH^-參與到聚合硫酸鐵的制備過(guò)程中，大大提高了鹽基度，且提高程度不受其它因素限制，同時(shí)不需要在反應(yīng)液中額外添加任何助劑和過(guò)多的氧化劑；此外，雙極膜解離的H⁺結(jié)合陰離子產(chǎn)生了酸溶液，可以循環(huán)使用。工藝流程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化和連續(xù)化生產(chǎn)。

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置及方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

以下實(shí)施例中所用的試劑均為市售。

實(shí)施例1

組裝所述裝置：具體的，電滲析裝置9是由陰離子交換膜和雙極膜交替疊壓后加上流道隔網(wǎng)和密封墊等輔助材料構(gòu)成的3對(duì)陰離子交換膜和雙極膜重復(fù)單元構(gòu)成的膜堆1，每張膜的有效面積為0.7dm²，及分別設(shè)置在膜堆兩端的陰、陽(yáng)電極6、5，和安置在電極兩端的夾緊裝置7、8通過(guò)螺栓夾緊組裝而成的，其陽(yáng)極室進(jìn)料口11、出料口10，陰極室進(jìn)料口16、出料口17，反應(yīng)室進(jìn)料口13、出料口12，酸室進(jìn)料口15、出料口14分別通過(guò)乳膠管連接到對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、置于磁力加熱攪拌器26上的反應(yīng)室罐23、酸室罐24的內(nèi)部，該四個(gè)罐體內(nèi)部置有分別與相應(yīng)的陽(yáng)極室、陰極室、反應(yīng)室和酸室的進(jìn)口乳膠管相連的陽(yáng)極潛水泵18、陰極潛水泵21、反應(yīng)室潛水泵19和酸室潛水泵20，形成陽(yáng)極室、陰極室、反應(yīng)室和酸室四個(gè)獨(dú)立的循環(huán)回路，將該電滲析裝置9的陽(yáng)電極5和陰電極6分別通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與配套直流電源2的正極3和負(fù)極4相連接。

采用上述所示的制備聚合硫酸鐵的裝置，包括以下步驟：

向陽(yáng)極室罐22和陰極室罐25中分別灌注200mL摩爾濃度為0.3mol/L的硫酸鈉溶液；陽(yáng)極室罐22中硫酸鈉溶液體積占陽(yáng)極室罐22體積的50％，陰極室罐25中硫酸鈉溶液體積占陰極室罐25體積的50％。

向反應(yīng)室罐23中灌注60mL反應(yīng)液(4.65mol/L硫酸亞鐵，1.20mol/L硫酸，0.80mol/L氯酸鉀)，反應(yīng)液的體積占反應(yīng)室罐23的30％。

向酸室罐24中灌注200mL摩爾濃度為0.18mol/的硫酸溶液，硫酸溶液的體積占酸室罐24體積的40％。

開(kāi)啟陽(yáng)極潛水泵18、陰極潛水泵21、反應(yīng)室潛水泵19和酸室潛水泵20使陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)排除電滲析裝置內(nèi)部的氣泡。

上述陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液循環(huán)流動(dòng)5min后開(kāi)啟直流電源2運(yùn)行電滲析裝置，本實(shí)施例中采用恒流操作，設(shè)定電流密度為10mA/cm²。

本實(shí)施例在制備聚合硫酸鉀的過(guò)程中測(cè)試了膜堆電壓和酸室濃度，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8的膜堆電壓和酸室濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖。圖3中曲線(xiàn)1(a)為實(shí)施例1的膜堆電壓隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，曲線(xiàn)1(b)為實(shí)施例1的酸室濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2h，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表征反應(yīng)室中聚合硫酸鐵的性能，表征結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8表征的聚合硫酸鐵性能。

實(shí)施例2

采用實(shí)施例1所示的制備聚合硫酸鐵的裝置制備聚合硫酸鐵，包括以下步驟：

向陽(yáng)極室罐22和陰極室罐25中分別灌注300mL摩爾濃度為0.4mol/L的硫酸鈉溶液；陽(yáng)極室罐22中硫酸鈉溶液體積占陽(yáng)極室罐22體積的40％，陰極室罐25中硫酸鈉溶液體積占陰極室罐25體積的40％。

向反應(yīng)室罐23中灌注60mL反應(yīng)液(4.65mol/L硫酸亞鐵，1.80mol/L硫酸，0.8mol/L氯酸鉀)，反應(yīng)液的體積占反應(yīng)室罐23的30％。

向酸室罐24中灌注200mL摩爾濃度為0.18mol/的硫酸溶液，硫酸溶液的體積占酸室罐24體積的40％。

開(kāi)啟陽(yáng)極潛水泵18、陰極潛水泵21、反應(yīng)室潛水泵19和酸室潛水泵20使陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)排除電滲析裝置內(nèi)部的氣泡。

上述陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液循環(huán)流動(dòng)5min后開(kāi)啟直流電源2運(yùn)行電滲析裝置，本實(shí)施例中采用恒流操作，設(shè)定電流密度為10mA/cm²。

本實(shí)施例在制備聚合硫酸鉀的過(guò)程中測(cè)試了膜堆電壓和酸室濃度，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8的膜堆電壓和酸室濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖。圖3中曲線(xiàn)2(a)為實(shí)施例2的膜堆電壓隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，曲線(xiàn)2(b)為實(shí)施例2的酸室濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2h，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表征反應(yīng)室中聚合硫酸鐵的性能，表征結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8表征的聚合硫酸鐵性能。

實(shí)施例3

采用實(shí)施例1所示的制備聚合硫酸鐵的裝置制備聚合硫酸鐵，包括以下步驟：

向陽(yáng)極室罐22和陰極室罐25中分別灌注200mL摩爾濃度為0.3mol/L的硫酸鈉溶液；陽(yáng)極室罐22中硫酸鈉溶液體積占陽(yáng)極室罐22體積的50％，陰極室罐25中硫酸鈉溶液體積占陰極室罐25體積的50％。

向反應(yīng)室罐23中灌注60mL反應(yīng)液(4.65mol/L硫酸亞鐵，2.40mol/L硫酸，0.8mol/L氯酸鉀)，反應(yīng)液的體積占反應(yīng)室罐23的30％。

向酸室罐24中灌注250mL摩爾濃度為0.18mol/的硫酸溶液，硫酸溶液的體積占酸室罐24體積的50％。

開(kāi)啟陽(yáng)極潛水泵18、陰極潛水泵21、反應(yīng)室潛水泵19和酸室潛水泵20使陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)排除電滲析裝置內(nèi)部的氣泡。

上述陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液循環(huán)流動(dòng)5min后開(kāi)啟直流電源2運(yùn)行電滲析裝置，本實(shí)施例中采用恒流操作，設(shè)定電流密度為10mA/cm²。

本實(shí)施例在制備聚合硫酸鉀的過(guò)程中測(cè)試了膜堆電壓和酸室濃度，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8的膜堆電壓和酸室濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖。圖3中曲線(xiàn)3(a)為實(shí)施例3的膜堆電壓隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，曲線(xiàn)3(b)為實(shí)施例3的酸室濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2h，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表征反應(yīng)室中聚合硫酸鐵的性能，表征結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8表征的聚合硫酸鐵性能。

實(shí)施例4

采用實(shí)施例1所示的制備聚合硫酸鐵的裝置制備聚合硫酸鐵，包括以下步驟：

向陽(yáng)極室罐22和陰極室罐25中分別灌注300mL摩爾濃度為0.4mol/L的硫酸鈉溶液；陽(yáng)極室罐22中硫酸鈉溶液體積占陽(yáng)極室罐22體積的40％，陰極室罐25中硫酸鈉溶液體積占陰極室罐25體積的40％。

向反應(yīng)室罐23中灌注60mL反應(yīng)液(4.65mol/L硫酸亞鐵，1.80mol/L硫酸，0.8mol/L氯酸鉀)，反應(yīng)液的體積占反應(yīng)室罐23的30％。

向酸室罐24中灌注200mL摩爾濃度為0.18mol/的硫酸溶液，硫酸溶液的體積占酸室罐24體積的40％。

開(kāi)啟陽(yáng)極潛水泵18、陰極潛水泵21、反應(yīng)室潛水泵19和酸室潛水泵20使陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)排除電滲析裝置內(nèi)部的氣泡。

上述陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液循環(huán)流動(dòng)5min后開(kāi)啟直流電源2運(yùn)行電滲析裝置，本實(shí)施例中采用恒流操作，設(shè)定電流密度為20mA/cm²。

本實(shí)施例在制備聚合硫酸鉀的過(guò)程中測(cè)試了膜堆電壓和酸室濃度，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8的膜堆電壓和酸室濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖。圖3中曲線(xiàn)4(a)為實(shí)施例4的膜堆電壓隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，曲線(xiàn)4(b)為實(shí)施例4的酸室濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2h，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表征反應(yīng)室聚合硫酸鐵的性能，表征結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8表征的聚合硫酸鐵性能。

實(shí)施例5

采用實(shí)施例1所示的制備聚合硫酸鐵的裝置制備聚合硫酸鐵，包括以下步驟：

向陽(yáng)極室罐22和陰極室罐25中分別灌注300mL摩爾濃度為0.4mol/L的硫酸鈉溶液；陽(yáng)極室罐22中硫酸鈉溶液體積占陽(yáng)極室罐22體積的40％，陰極室罐25中硫酸鈉溶液體積占陰極室罐25體積的40％。

向反應(yīng)室罐23中灌注60mL反應(yīng)液(4.65mol/L硫酸亞鐵，1.80mol/L硫酸，0.8mol/L氯酸鉀)，反應(yīng)液的體積占反應(yīng)室罐23的30％。

向酸室罐24中灌注200mL摩爾濃度為0.18mol/的硫酸溶液，硫酸溶液的體積占酸室罐24體積的40％。

開(kāi)啟陽(yáng)極潛水泵18、陰極潛水泵21、反應(yīng)室潛水泵19和酸室潛水泵20使陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)排除電滲析裝置內(nèi)部的氣泡。

上述陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液循環(huán)流動(dòng)5min后開(kāi)啟直流電源2運(yùn)行電滲析裝置，本實(shí)施例中采用恒流操作，設(shè)定電流密度為30mA/cm²。

本實(shí)施例在制備聚合硫酸鉀的過(guò)程中測(cè)試了膜堆電壓和酸室濃度，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8的膜堆電壓和酸室濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖。圖3中曲線(xiàn)5(a)為實(shí)施例5的膜堆電壓隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，曲線(xiàn)5(b)為實(shí)施例5的酸室濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2h，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表征反應(yīng)室中聚合硫酸鐵的性能，表征結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8表征的聚合硫酸鐵性能。

實(shí)施例6

采用實(shí)施例1所示的制備聚合硫酸鐵的裝置制備聚合硫酸鐵，包括以下步驟：

向陽(yáng)極室罐22和陰極室罐25中分別灌注300mL摩爾濃度為0.4mol/L的硫酸鈉溶液；陽(yáng)極室罐22中硫酸鈉溶液體積占陽(yáng)極室罐22體積的40％，陰極室罐25中硫酸鈉溶液體積占陰極室罐25體積的40％。

向反應(yīng)室罐23中灌注60mL反應(yīng)液(4.65mol/L硫酸亞鐵，1.80mol/L硫酸，0.8mol/L氯酸鉀)，反應(yīng)液的體積占反應(yīng)室罐23的30％。

向酸室罐24中灌注200mL摩爾濃度為0.18mol/的硫酸溶液，硫酸溶液的體積占酸室罐24體積的40％。

開(kāi)啟陽(yáng)極潛水泵18、陰極潛水泵21、反應(yīng)室潛水泵19和酸室潛水泵20使陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)排除電滲析裝置內(nèi)部的氣泡。

上述陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液循環(huán)流動(dòng)5min后開(kāi)啟直流電源2運(yùn)行電滲析裝置，本實(shí)施例中采用恒流操作，設(shè)定電流密度為10mA/cm²。

本實(shí)施例在制備聚合硫酸鉀的過(guò)程中測(cè)試了膜堆電壓和酸室濃度，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8的膜堆電壓和酸室濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖。圖3中曲線(xiàn)6(a)為實(shí)施例6的膜堆電壓隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，曲線(xiàn)6(b)為實(shí)施例6的酸室濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)時(shí)間為1h，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表征反應(yīng)室中聚合硫酸鐵的性能，表征結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8表征的聚合硫酸鐵性能。

實(shí)施例7

采用實(shí)施例1所示的制備聚合硫酸鐵的裝置制備聚合硫酸鐵，包括以下步驟：

向陽(yáng)極室罐22和陰極室罐25中分別灌注300mL摩爾濃度為0.4mol/L的硫酸鈉溶液；陽(yáng)極室罐22中硫酸鈉溶液體積占陽(yáng)極室罐22體積的40％，陰極室罐25中硫酸鈉溶液體積占陰極室罐25體積的40％。

向反應(yīng)室罐23中灌注60mL反應(yīng)液(4.65mol/L硫酸亞鐵，1.80mol/L硫酸，0.8mol/L氯酸鉀)，反應(yīng)液的體積占反應(yīng)室罐23的30％。

向酸室罐24中灌注200mL摩爾濃度為0.18mol/的硫酸溶液，硫酸溶液的體積占酸室罐24體積的40％。

開(kāi)啟陽(yáng)極潛水泵18、陰極潛水泵21、反應(yīng)室潛水泵19和酸室潛水泵20使陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)排除電滲析裝置內(nèi)部的氣泡。

上述陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液循環(huán)流動(dòng)5min后開(kāi)啟直流電源2運(yùn)行電滲析裝置，本實(shí)施例中采用恒流操作，設(shè)定電流密度為10mA/cm²。

本實(shí)施例在制備聚合硫酸鉀的過(guò)程中測(cè)試了膜堆電壓和酸室濃度，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8的膜堆電壓和酸室濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖。圖3中曲線(xiàn)7(a)為實(shí)施例7的膜堆電壓隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，曲線(xiàn)7(b)為實(shí)施例7的酸室濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)時(shí)間為3h，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表征反應(yīng)室中聚合硫酸鐵的性能，測(cè)定結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8測(cè)定的聚合硫酸鐵性能。

實(shí)施例8

采用實(shí)施例1所示的制備聚合硫酸鐵的裝置制備聚合硫酸鐵，包括以下步驟：

向陽(yáng)極室罐22和陰極室罐25中分別灌注300mL摩爾濃度為0.4mol/L的硫酸鈉溶液；陽(yáng)極室罐22中硫酸鈉溶液體積占陽(yáng)極室罐22體積的40％，陰極室罐25中硫酸鈉溶液體積占陰極室罐25體積的40％。

向反應(yīng)室罐23中灌注60mL反應(yīng)液(4.65mol/L硫酸亞鐵，1.80mol/L硫酸，0.8mol/L雙氧水)，反應(yīng)液的體積占反應(yīng)室罐23的30％。

向酸室罐24中灌注200mL摩爾濃度為0.18mol/的硫酸溶液，硫酸溶液的體積占酸室罐24體積的40％。

開(kāi)啟陽(yáng)極潛水泵18、陰極潛水泵21、反應(yīng)室潛水泵19和酸室潛水泵20使陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)排除電滲析裝置內(nèi)部的氣泡。

上述陽(yáng)極室罐22、陰極室罐25、反應(yīng)室罐23和酸室罐24中的溶液循環(huán)流動(dòng)5min后開(kāi)啟直流電源2運(yùn)行電滲析裝置，本實(shí)施例中采用恒流操作，設(shè)定電流密度為10mA/cm²。

本實(shí)施例在制備聚合硫酸鉀的過(guò)程中測(cè)試了膜堆電壓和酸室濃度，測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8的膜堆電壓和酸室濃度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)圖。圖3中曲線(xiàn)8(a)為實(shí)施例8的膜堆電壓隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，曲線(xiàn)8(b)為實(shí)施例8的酸室濃度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。

本實(shí)施例實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2h，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后表征反應(yīng)室中聚合硫酸鐵的性能，測(cè)定結(jié)果如表1所示，表1為本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8測(cè)定的聚合硫酸鐵性能。

表1本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例8測(cè)定的聚合硫酸鐵性能

由以上實(shí)施例可知，本發(fā)明提供了一種制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置，包括：膜堆、陰電極、陽(yáng)電極、夾緊裝置、第一電解液進(jìn)樣裝置、第二電解液進(jìn)樣裝置、酸溶液生成裝置、反應(yīng)液進(jìn)樣裝置、電源、反應(yīng)液加熱攪拌裝置。本發(fā)明提供的制備高鹽基度聚合硫酸鐵的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)在電場(chǎng)作用下，雙極膜解離的OH^-參與到聚合硫酸鐵的制備過(guò)程中，大大提高了鹽基度，且提高程度不受其它因素限制，同時(shí)不需要在反應(yīng)液中額外添加任何助劑和過(guò)多的氧化劑；此外，雙極膜解離的H⁺結(jié)合陰離子產(chǎn)生了酸溶液，可以循環(huán)使用。該工藝流程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化和連續(xù)化生產(chǎn)。

以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)＜夹g(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明，對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎性特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。