專利名稱：一種制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，屬于脫硫技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在各種晶態(tài)的羥基氧化鐵(FeOOH)中，無(wú)定型羥基氧化鐵是(α、β、γ -FeOOH)具有晶型結(jié)構(gòu)羥基氧化鐵的初始態(tài)，其晶體結(jié)構(gòu)聚集態(tài)<5nm，短程排列有序，長(zhǎng)程排列無(wú)序。此種結(jié)構(gòu)使得無(wú)定形羥基氧·化鐵具有較高的脫硫活性。本申請(qǐng)人一直致力于無(wú)定形羥基氧化鐵脫硫性能的研究，早在2010年發(fā)表了題為《常溫脫硫劑羥基氧化鐵的制備與性能評(píng)價(jià)》的文章(全國(guó)氣體凈化信息站2010年技術(shù)交流會(huì)論文集第68-71頁(yè))，該文章中公開(kāi)了無(wú)定形羥基氧化鐵的實(shí)驗(yàn)室制備思路，而且用數(shù)據(jù)驗(yàn)證了無(wú)定形羥基氧化鐵脫硫和再生的反應(yīng)機(jī)理。但是，上述研究也只是處于實(shí)驗(yàn)室摸索階段，本申請(qǐng)人進(jìn)行上述研究的最終目的還是為了實(shí)現(xiàn)在工業(yè)上大批量生產(chǎn)高純度、聞硫容的無(wú)定形輕基氧化鐵。但是截止目前，實(shí)際應(yīng)用的無(wú)定形羥基氧化鐵脫硫劑并不常見(jiàn)，即使市場(chǎng)上銷售的所謂的無(wú)定形羥基氧化鐵脫硫劑，也因其無(wú)定形羥基氧化鐵的純度很低(低于40%)，而其它不能再生的鐵氧化物(四氧化三鐵、三氧化二鐵、其它晶態(tài)的羥基氧化鐵等)含量高，而導(dǎo)致這些無(wú)定形羥基氧化鐵脫硫劑不僅脫硫性能差，而且再生困難?，F(xiàn)有技術(shù)中，2006年10月第34卷第10期的《煤炭科學(xué)技術(shù)》公開(kāi)了一篇名為《不同堿比制備羥基氧化鐵的脫硫活性研究》的文獻(xiàn)，該文獻(xiàn)提供了一種無(wú)定形羥基氧化鐵的制備方法，具體步驟為:在反應(yīng)器中加入一定量蒸餾水和亞鐵鹽，開(kāi)啟攪拌，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，待亞鐵鹽溶解后，根據(jù)堿比=1滴加入一定量的堿溶液，待滴加完畢后將氮?dú)馇袚Q為空氣，開(kāi)始氧化反應(yīng)，當(dāng)[Fe3+] / [SFe]轉(zhuǎn)化率達(dá)100%，紙析法觀察溶液的顏色不變化時(shí)，氧化反應(yīng)結(jié)束，洗滌脫除樣品內(nèi)部含有的Na+離子，即得到無(wú)定形羥基氧化鐵濾餅。在上述操作條件下制備得到的無(wú)定形羥基氧化鐵的純度較低，在產(chǎn)品中還存在大量的鐵氧化物和其它晶態(tài)的羥基氧化鐵，從而導(dǎo)致其作為脫硫劑使用時(shí)存在純度低、硫容低且不能再生的問(wèn)題。造成這種現(xiàn)象的原因主要在于，無(wú)定形羥基氧化鐵的制備受到PH值、溫度、加料速度等操作條件的強(qiáng)烈影響，不同的操作條件間細(xì)微的變化將導(dǎo)致無(wú)定形羥基氧化鐵、鐵氧化物、其它各個(gè)晶態(tài)的羥基氧化鐵的含量存在很大差異，因此要探索出可制備高純度、高硫容無(wú)定形羥基氧化鐵的操作條件是非常困難的。而且上述文獻(xiàn)中所公開(kāi)的無(wú)定形羥基氧化鐵的方法同樣為實(shí)驗(yàn)室方法，需要氮?dú)獗Ｗo(hù)，工藝比較復(fù)雜且制備成本較高，因此仍舊不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法不適用于工業(yè)化生產(chǎn)，且制備得到的無(wú)定形羥基氧化鐵的純度較低，在產(chǎn)品中還存在大量的鐵氧化物和其它晶態(tài)的羥基氧化鐵，從而導(dǎo)致其作為脫硫劑使用時(shí)存在純度低、硫容低、不能再生的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，所述方法適宜于工業(yè)化生產(chǎn)，制備得到的無(wú)定形羥基氧化鐵的純度和硫容較高，且可再生。本發(fā)明中所述的無(wú)定形羥基氧化鐵的制備方法的技術(shù)方案為:
一種制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，包括如下步驟:
(1)將固體可溶性亞鐵鹽配制成溶液待用；
(2)配制氫氧化物溶液待用；
(3)將氫氧化物溶液和亞鐵鹽溶液并流進(jìn)行反應(yīng)，所述氫氧化物溶液和亞鐵鹽溶液的堿比=0.6 0.8，控制反應(yīng)溫度不超過(guò)30°C ；
(4)待步驟(3)中的反應(yīng)結(jié)束后，向溶液中通入含氧氣的氣體進(jìn)行氧化，控制溶液的pH值在6-8之間，直至氧化結(jié)束；
(5)對(duì)步驟(4)得到的物料進(jìn)行過(guò)濾、水洗，干燥后即得到無(wú)定形羥基氧化鐵。所述氫氧化物為第IA族或第IIA族元素的氫氧化物。所述亞鐵鹽溶液的濃度為1.3-1.8mol/L,所述氫氧化物溶液的濃度為4_6mol/L ； 在步驟(4)中，利用氫氧化物溶液控制溶液的pH值在6-8之間。在步驟(4)中，所述氫氧化物溶液的濃度為4-6mol/L，加料速度為10-20 ml/min。

在所述步驟(3)中，控制所述亞鐵鹽溶液的加料速度為200-300ml/min，所述氫氧化物溶液的加料速度為50- 60 ml/min。步驟(3)和(4)中加入的氫氧化物溶液與所述亞鐵鹽溶液的堿比為1.05-1.25。所述步驟(5)中的干燥溫度不超過(guò)90°C。在所述步驟(4)中，在向溶液中通入含氧氣的氣體進(jìn)行氧化之前向所述溶液中加入水。所述步驟(4)中，氧化時(shí)間為10_15h。在步驟(4)中，所述含氧氣的氣體為空氣，所述空氣的通入量不低于700L/h。本發(fā)明中所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，整體上可以認(rèn)為是分為兩步:第一步，F(xiàn)e2+沉淀生成Fe (OH)2，第二步，F(xiàn)e (OH) 2經(jīng)空氣氧化生成FeOOH。經(jīng)本申請(qǐng)人研究發(fā)現(xiàn)，氧化開(kāi)始前的Fe (OH)2顆粒的粒度和生成環(huán)境會(huì)影響制備的無(wú)定型羥基氧化鐵的純度及性能，因此在第一步中，有兩個(gè)至關(guān)重要的因素:1、反應(yīng)溫度；2、加入的氫氧化物溶液和亞鐵鹽溶液的堿比值，因?yàn)閴A比值的大小會(huì)直接影響到Fe (OH)2顆粒的粒度以及溶液的pH值；本發(fā)明通過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)和研究發(fā)現(xiàn)，限定二者按照堿比=0.6-0.8加料，且控制反應(yīng)溫度不超過(guò)30°C，有利于高純度無(wú)定形羥基氧化鐵的生成。第二步氧化過(guò)中，首先是FeOOH在Fe (OH) 2顆粒表面進(jìn)行成核，在成核過(guò)程中，F(xiàn)e2+會(huì)生成綠銹，綠銹的化學(xué)組成為:
權(quán)利要求
1.一種制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，包括如下步驟: (1)將固體可溶性亞鐵鹽配制成溶液待用； (2)配制氫氧化物溶液待用； (3)將氫氧化物溶液和亞鐵鹽溶液并流進(jìn)行反應(yīng)，所述氫氧化物溶液和亞鐵鹽溶液的堿比=0.6 0.8，控制反應(yīng)溫度不超過(guò)30°C ； (4)待步驟(3)中的反應(yīng)結(jié)束后，向溶液中通入含氧氣的氣體進(jìn)行氧化，控制溶液的pH值在6-8之間，直至氧化結(jié)束； (5)對(duì)步驟(4)得到的物料進(jìn)行過(guò)濾、水洗，干燥后即得到無(wú)定形羥基氧化鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，其特征在于，所述氫氧化物為第IA族或第IIA族元素的氫氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，其特征在于，所述亞鐵鹽溶液的濃度為1.3-1.8mol/L，所述氫氧化物溶液的濃度為4-6mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，其特征在于，在步驟(4)中，利用氫氧化物溶液控制溶液的PH值在6-8之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述氫氧化物溶液的濃度為4-6mol/L，加料速度為10-20 ml/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，控制所述亞鐵鹽溶液的加料速度為200-300ml/min，所述氫氧化物溶液的加料速度為50-60 ml/min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，其特征在于，步驟(3)和(4)中加入的氫氧化物溶液與所述亞鐵鹽溶液的堿比為1.05-1.25。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5或7所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，其特征在于，所述步驟(5)中的干燥溫度不超過(guò)90°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5或7所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，其特征在于，在所述步驟(4)中，在向溶液中通入含氧氣的氣體進(jìn)行氧化之前向所述溶液中加入水。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，其特征在于，所述步驟(4)中，氧化時(shí)間為10-15h。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5或8所述的制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述含氧氣的氣體為空氣，所述空氣的通入量不低于700L/h。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備無(wú)定形羥基氧化鐵的方法，包括(1)將固體可溶性亞鐵鹽配制成溶液待用；(2)將固體氫氧化物配制成溶液使用；(3)將氫氧化物溶液和亞鐵鹽溶液并流進(jìn)行反應(yīng)，二者按照堿比=0.6加料，控制反應(yīng)溫度不超過(guò)30℃；(4)待步驟(3)中的反應(yīng)結(jié)束后，向溶液中通入氧氣進(jìn)行氧化，在氧化過(guò)程中通過(guò)補(bǔ)加氫氧化物溶液，控制溶液的pH在6-8之間，直至氧化結(jié)束；(5)將步驟(4)得到的物料過(guò)濾，濾餅用水洗，干燥后即得到含無(wú)定形羥基氧化鐵的物料。
文檔編號(hào)C01G49/02GK103183387SQ20111045075
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者王立賢, 劉振義 申請(qǐng)人:北京三聚環(huán)保新材料股份有限公司