一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及制备方法 |
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| 申请号 | CN201710455416.6 | 申请日 | 2017-06-16 | 公开(公告)号 | CN107344070A | 公开(公告)日 | 2017-11-14 |
| 申请人 | 合肥工业大学; | 发明人 | 张旭; 汪婷婷; 陈倩如; 刘晓瑞; 吕燕; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种高盐基度聚合 硫酸 铁 的连续制备系统及制备方法，其中系统包括膜堆、阳 电极 、阴电极、 电解 液进样装置、 酸溶液 生成装置、PFS生成装置、PFS存储装置、反应液存储装置与电源，膜堆内部形成有 阴极 室 、 阳极 室 、酸室、反应室；制备时，将强 电解质 溶液通过电解液进样装置输送到阳极室与阴极室中，将酸溶液通 过酸 溶液生成装置输送到酸室中，将反应液通过PFS生成装置输送到反应室中，同时将反应液存储装置中的反应液源源不断输送到PFS生成装置中，使得PFS生成装置中的反应液溢流到PFS存储装置中；开启电源，双极膜在 电场 作用下发生 水 解 离，OH-参与PFS的制备过程以提高其盐基度。本发明所得产品性能好、工艺简单，且易于实现连续化生产。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统，其特征在于，包括：膜堆、阳电极、阴电极、电解液进样装置、酸溶液生成装置、PFS生成装置、PFS存储装置、反应液存储装置与电源； |
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| 说明书全文 | 一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及制备方法技术领域[0001] 本发明属于无机高分子絮凝剂生产技术领域，尤其涉及一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及制备方法。 背景技术[0002] 聚合硫酸铁(PFS，[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m，n>2，m<10)是一种新型、优质、高效的铁盐类无机高分子絮凝剂。由于具有吸附絮凝性强、用量少、不含铝及重金属离子等有害物质等优势，同时脱色、脱油、脱水、除菌、除臭、去COD、BOD等功效显著，因此，聚合硫酸铁被广泛用于工业废水、城市污水、生活用水的净化处理。 [0003] 制备聚合硫酸铁的原料主要为硫酸亚铁和硫酸，制备方法包括直接氧化法和催化氧化法。无论使用哪种方法，硫酸和硫酸亚铁都需要经过氧化、水解和聚合三个步骤(洪金德.净水剂聚合硫酸铁的制备.化工进展，2001，3：33-35.)： [0004] 氧化： [0005] 水解： [0006] 聚合：mFe2(OH)n(SO4)3-n/2→[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m [0007] PFS的性能指标包括pH(1％，Sol.)、密度、盐基度(B，OH/Fe摩尔比)、全铁含量、还原性物质含量等，其中，盐基度则是一个相对重要的指标，表明铁离子的水解程度，一般而言，B值越高絮凝效果越好(解立平，徐向荣，曾凡.聚合硫酸铁盐基度与絮凝性能关系的研究.工业水处理，2001，21(1)：26-28.)。我国国标GB14591-2006规定水处理剂聚合硫酸铁盐基度必须达到8％以上。 发明内容[0009] 有鉴于此，本发明提供了一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及方法，所要解决的技术问题在于制备出高盐基度的产品，同时实现连续操作，并保证产品质量稳定。 [0010] 本发明解决技术问题，采用如下技术方案： [0012] 所述阴电极与所述电源的负极相连；所述阳电极与所述电源的正极相连； [0013] 所述阴电极和所述阳电极分别设置于所述膜堆的两边； [0015] 所述电解液进样装置的出口与所述阳极室进料口相连，所述阳极室的出料口与所述阴极室进料口相连，所述阴极室出料口与所述电解液进样装置的进口相连，构成电解液的循环回路； [0016] 所述酸溶液生成装置的出口与所述酸室进料口相连，所述酸室出料口与所述酸溶液生成装置的进口相连，构成酸溶液的循环回路； [0017] 所述PFS生成装置的出口与所述反应室进料口相连，所述反应室出料口与所述PFS生成装置的进口相连，构成PFS的循环回路； [0018] 所述反应液存储装置的出口与所述PFS生成装置的进口相连； [0019] 所述PFS生成装置的出口与所述PFS存储装置的进口通过溢流方式相连。 [0020] 优选的，所述膜堆由阴离子交换膜、塑料隔网、橡胶垫片、双极膜依次交替间隔排列构成，且靠近阳电极和阴电极的均为阴离子交换膜，阳电极与相邻的阴离子交换膜之间形成阳极室，阴电极与相邻的阴离子交换膜之间形成阴极室；在阳极室和阴极室之间由交替排列的阴离子交换膜和双极膜构成一个或多个酸室和反应室的重复单元。 [0021] 优选的，还包括夹紧装置，所述夹紧装置用于固定所述阴电极、阳电极和膜堆； [0022] 优选的，所述膜堆内部酸室和反应室之间以阴离子交换膜为间隔实现离子交换，反应室和与其相邻的下一重复单元的酸室之间以双极膜为间隔。 [0023] 本发明还提供了一种高盐基度聚合硫酸亚铁的连续制备方法，是采用上述的连续制备系统，包括如下步骤： [0024] 将强电解质溶液通过电解液进样装置输送到膜堆阳极室与阴极室中； [0025] 将酸溶液通过酸溶液生成装置输送到膜堆酸室中； [0026] 将反应液通过PFS生成装置输送到膜堆反应室中，同时将反应液存储装置中的反应液以一定流量源源不断输送到PFS生成装置中，使得PFS生成装置中的PFS溶液溢流到PFS存储装置中； [0029] 优选的，所述强电解质溶液浓度为0.01～3mol/L。 [0030] 优选的，所述酸溶液选自硫酸、盐酸、硝酸溶液中的一种或几种，最优选为硫酸溶液。 [0031] 优选的，所述酸溶液生成装置中的酸溶液浓度为0.005～6mol/L。 [0032] 优选的，所述反应液为硫酸亚铁、硫酸和氧化剂的混合溶液；在所述反应液中，所述硫酸亚铁浓度≥2mol/L，所述硫酸与所述硫酸亚铁的物质的量比值为0.1～3；在所述反应液中，令所述氧化剂的物质的量为a、硫酸亚铁的物质的量为b，则a:b≥0.1。 [0033] 优选的，所述氧化剂为双氧水、硝酸、氯酸钾、次氯酸钠、氯酸钠的一种或多种。 [0034] 与现有技术相比，本发明提供了一种高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统及制备方法，利用双极膜在直流电场的作用下能够发生水解离，提供足够的OH-参与PFS的制备过程以提高其盐基度；此外，引入反应液存储装置和PFS存储装置以保证源源不断输入反应液和得到产品PFS；本发明所得产品性能好、工艺流程简单，易于实现机械化、自动化和连续化生产。附图说明 [0035] 图1为本发明实施例提供的高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统的结构示意图。图中，1为膜堆，2为直流电源，3为直流电源的负极，4为直流电源的正极，5为阴电极，6为阳电极，7和8为夹紧装置，9为电渗析装置，10为反应室出料口，11为反应室进料口，12为酸室出料口，13为酸室进料口，14为阳极室进料口，15为阴极室出料口，16为PFS潜水泵，17为酸室潜水泵，18为电极室潜水泵，19为反应液罐，20为酸液罐，21为电极液罐，22为PFS反应液蠕动泵，23为反应液存储罐，24为PFS存储罐。 [0036] 图2为本发明实施例提供的高盐基度聚合硫酸铁连续制备系统的膜堆内部结构示意图。图中，25为阴离子交换膜，26、27组成隔网；28为双极膜，29为隔网。30、31、32、33分别是示意溶液进出方向。 [0038] 图4为本发明实施例1-实施例3的酸室浓度随时间的变化曲线图。 具体实施方式[0039] 本发明提供的高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统，包括：膜堆、阳电极、阴电极、电解液进样装置、酸溶液生成装置、PFS生成装置、PFS存储装置、反应液存储装置与电源； [0040] 所述阴电极与所述电源的负极相连；所述阳电极与所述电源的正极相连； [0041] 所述阴电极和所述阳电极分别设置于所述膜堆的两边； [0042] 所述膜堆内部形成阴极室、阳极室、酸室、反应室四个隔室； [0043] 所述电解液进样装置的出口与所述阳极室进料口相连，所述阳极室出料口与所述阴极室进料口相连，所述阴极室出料口与所述电解液进样装置的进口相连，构成电解液的循环回路； [0044] 所述酸溶液生成装置的出口与所述酸室进料口相连，所述酸室出料口与所述酸溶液生成装置的进口相连，构成酸溶液的循环回路； [0045] 所述PFS生成装置的出口与所述反应室进料口相连，所述反应室出料口与所述PFS生成装置的进口相连，构成PFS的循环回路； [0046] 所述反应液存储装置的出口与所述PFS生成装置的进口相连； [0047] 所述PFS生成装置的出口与所述PFS存储装置的进口通过溢流方式相连。 [0048] 参见图1，图1为本发明实施例提供的高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统的结构示意图。其中，1为膜堆，2为直流电源，3为直流电源的负极，4为直流电源的正极，5为阴电极，6为阳电极，7和8为夹紧装置，9为电渗析装置，10为反应室出料口，11为反应室进料口，12为酸室出料口，13为酸室进料口，14为阳极室进料口，15为阴极室出料口，16为PFS潜水泵，17为酸室潜水泵，18为电极室潜水泵，19为反应液罐，20为酸液罐，21为电极液罐，22为PFS反应液蠕动泵，23为反应液存储罐，24为PFS存储罐。 [0049] 本发明中，高盐基度聚合硫酸铁的连续制备系统包括膜堆。膜堆包括阴离子交换膜、双极膜和隔网，所述隔网位于阴离子交换膜和双极膜之间。本发明对所述阴离子交换膜和双极膜没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的阴离子交换膜和双极膜，由市场购买获得即可。在本发明的实施例中，所述阴离子交换膜、双极膜的每张有效面积可为5～400cm2；在另外的实施例中，所述阴离子交换膜、双极膜的每张有效面积也可为10～200cm2； 在其他的实施例中，所述阴离子交换膜、双极膜的每张有效面积也可以为20cm2。本发明可以采用日本astom公司的BP-I双极膜和AMX阴离子交换膜。 [0050] 在本发明中，所述阴离子交换膜、隔网、双极膜、隔网、阴离子交换膜顺序叠压后构成重复单元，所述阳电极和阴电极均靠近阴离子交换膜。在本发明的实施例中，所述膜堆可以包括1～20个重复单元；在另外的实施例中，所述膜堆也可以包括2～15个重复单元；在其他的实施例中，所述膜堆还可以包括2个重复单元。 [0051] 在本发明中，所述重复单元优选还包括密封垫，所述密封垫设置于所述阴离子交换膜与所述阳电极板之间、所述阴离子交换膜与所述阴电极板之间。 [0052] 在本发明中，所述隔网的边缘优选包括小孔，所述小孔包括密封小孔和开口小孔，所述密封小孔用于使得液体流动；所述开口小孔的开口方向优选为隔网中部，使得液体可以在中部一方面进行离子交换，另一方面按照小孔方向继续流出，可以用来控制出口位置。所述阴离子交换膜和双极膜上优选也包括小孔，小孔均为封闭小孔，且位于膜边缘。通过上述膜的组成以及小孔的设置从而使得独立的室各自之间可以进行离子交换，并且独立的室之间各自形成循环回路并且出口可控。 [0053] 在本发明中，所述隔网、阴离子交换膜、双极膜和小孔的位置关系如图2所示，为本发明实施例提供的连续制备高盐基度聚合硫酸铁装置膜堆内部结构示意图，其中25为阴离子交换膜，26、27组成隔网；28为双极膜，29为隔网。30、31、32、33分别是示意溶液进出方向。 [0054] 在本发明中，所述阴电极和所述阳电极分别置于所述膜堆的两边。本发明对所述阴电极和阳电极没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的电渗析装置所用的阴电极和阳电极，满足实际操作条件即可。在本发明中，所述阴电极通过导线与电源的负极相连；所述阳电极通过导线与电源的正极相连。在本发明的实施实例中，所述电源为与所述阴电极和所述阳电极配套的电源；所述电源可以为直流电源。 [0055] 在本发明中，所述夹紧装置用于固定所述阴电极、阳电极与膜堆。本发明对所述夹紧装置没有特殊的限制，满足实际操作条件即可。在本发明的实施例中，所述夹紧装置可以由两块夹紧铁板和螺栓组成，将两块夹紧铁板分别设置于所述膜堆的两边，并用螺栓紧固。 [0056] 在本发明中，所述膜堆内部形成阴极室、阳极室、酸室和反应室四种隔室。所述电解液进样装置的出口与所述阳极室进料口相连，所述阳极室的出料口与所述阴极室的进料口相连，所述阴极室的出料口与电解液进样装置的进口相连。在本发明中，所述阴极室进料口设置在与阳极室进料口、酸室进料口和反应室进料口不同的位置；所述阴极室出料口设置在与阳极室出料口、酸室出料口和反应室出料口不同的位置。在本发明中，所述阳极室进料口设置在与阴极室进料口、酸室进料口和反应室进料口不同的位置；所述阳极室出料口设置在与阴极室出料口、酸室出料口和反应室出料口不同的位置。本发明中，所述电解液进样装置的进口可以与所述电解液进样装置的出口相同，也可以不同。本发明通过将所述电解液进样装置的出口与所述阳极室进料口相连，所述阳极室出料口与所述阴极室进料口相连，所述阴极室出料口与电解液进样装置的进口相连，使电解液进样装置、阳极室和阴极室之间形成循环回路。 [0057] 在本发明的实施例中，为了便于电解液的循环流动，所述电解液进样装置的出口与所述阳极室进料口之间可以设置有第一连接装置；所述阳极室出料口与所述阴极室进料口之间可以设置有第二连接装置；所述阴极室出料口与所述电解液进样装置的进口之间可以设置有第三连接装置。本发明对第一连接装置、第二连接装置和第三连接装置没有特殊的限制，满足实际操作条件即可；在本发明的实施例中，所述第一连接装置可以为乳胶管；所述第二连接装置可以为乳胶管；所述第三连接装置可以为乳胶管。 [0058] 在本发明中，所述电解液进样装置优选包括电解液盛放容器和电解液输送装置。在本发明中，所述电解液盛放容器的进口与所述阴极室出料口相连；所述电解液输送装置设置于所述电解液盛放容器内部。在本发明的实施例中，所述电解液盛放容器的进口与所述阴极室出料口采用上述技术方案所述的第三连接装置相连；所述电解液输送装置的出口采用上述技术方案所述的第一连接装置与所述阳极室进料口相连；所述阳极室出料口采用上述技术方案所述第二连接装置与所述阴极室的进口相连。 [0059] 在本发明中，所述电解液盛放容器用于盛放电解液。在本发明中，所述电解液优选为强电解质溶液，更优选为强电解质溶液选自氢氧化钠、硫酸钠、硝酸钠、硫酸钾、硝酸钾和氢氧化钾溶液中的一种或几种，最优选为硫酸钠溶液。在本发明中，所述电解液的摩尔浓度优选为0.01mol/L～3mol/L，更优选为0.03mol/L～2mol/L，最优选为0.06mol/L～1.2mol/L，最最优选为0.08mol/L～1mol/L。所述电解液的体积优选为淹没电解液盛放容器中的电解液输送装置。本发明对所述电解液盛放容器的形状、材质和尺寸没有特殊的限制，满足实际操作条件即可；在本发明的实施例中，电解液盛放容器可以为电极液罐21。 [0060] 在本发明中，所述电解液输送装置用于将所述电解液盛放容器中的电解液输送至所述阳极室中，电解液再经过所述阳极室与所述阴极室的第二连接装置输送至所述阴极室，电解液再经过所述阴极室与所述电解液盛放容器的第三连接装置输送至所述电解液盛放容器中，形成循环回路。在本发明的实施例中，电解液输送装置可以为电极液潜水泵18。 [0061] 在本发明中，所述酸溶液生成装置的出口与所述酸室进料口相连，所述酸溶液生成装置的进口与所述酸室出料口相连。在本发明中，所述酸室进料口设置在与阴极室进料口、阳极室进料口和反应室进料口不同的位置；所述酸室出料口设置在阴极室出料口、阳极室出料口和反应室出料口不同的位置。本发明中，所述酸溶液生成装置的进口可以与所述酸溶液生成装置的出口相同，也可以不同。本发明通过将所述酸溶液进样装置的出口与所述酸室进料口相连，所述酸室出料口与所述酸溶液进样装置的进口相连，使得酸溶液进样装置和酸室之间形成循环回路。 [0062] 在本发明的实施例中，为了便于酸溶液的循环流动，所述酸溶液生成装置的出口与所述酸室进料口之间可以设置有第四连接装置；所述酸溶液生成装置的进口与所述酸室出料口之间可以设置有第五连接装置。本发明对所述的第四连接装置和第五连接装置没有特殊的限制，满足实际操作条件即可；在本发明中，所述第四连接装置和第五连接装置可以与上述技术方案所述的第一连接装置相同，也可以不同。在本发明的实施例中，所述第四连接装置可以为乳胶管；所述第五连接装置可以为乳胶管。 [0063] 在本发明中，所述酸溶液生成装置优选包括酸溶液盛放容器和酸溶液输送装置。在本发明中，所述酸溶液盛放容器的进口与所述酸室出料口相连；所述酸溶液输送装置设置于所述酸溶液盛放容器内部；在本发明的实施例中，所述酸溶液盛放容器的进口与所述酸室出料口采用上述技术方案所述的第五连接装置相连；所述酸溶液输送装置的出口采用上述技术方案所述的第四连接装置与所述酸室进料口相连。 [0064] 在本发明中，所述酸溶液盛放容器用于盛放酸溶液。在本发明中，所述酸溶液优选为强酸溶液，更优选为硫酸、盐酸、硝酸溶液中的一种或几种，最优选为硫酸溶液。在本发明中，所述酸溶液的摩尔浓度优选为0.005mol/L～6mol/L，更优选为0.05mol/L～5mol/L，最优选为0.1mol/L～4mol/L，最最优选为0.15mol/L～3mol/L。所述酸溶液的体积优选为淹没酸溶液盛放容器中的酸溶液输送装置。本发明对所述酸溶液盛放容器的形状、材质和尺寸没有特殊的限制，满足实际操作条件即可；在本发明的实施例中，所述酸溶液盛放容器可以为酸液罐20。 [0065] 本发明中，所述酸溶液输送装置用于将所述酸溶液盛放容器中的酸溶液输送至所述酸室中。在本发明的实施例中，所述酸溶液输送装置可以为酸室潜水泵17。 [0066] 在本发明中，所述PFS生成装置的出口与所述反应室进料口相连，所述PFS生成装置的进口与所述反应室出料口相连。在本发明中，所述反应室进料口设置在与阴极室进料口、阳极室进料口和酸室进料口不同的位置；所述反应室出料口设置在与阴极室出料口、阳极室出料口和酸室出料口不同的位置。本发明中，所述PFS生成装置的进口可以与所述PFS生成装置的出口相同，也可以不同。本发明通过将所述PFS生成装置的出口与所述反应室进料口相连，所述反应室出料口与所述PFS进样装置的进口相连，使得PFS生成装置和反应室之间形成循环回路。 [0067] 在本发明的实施例中，为了便于PFS反应液的循环流动，所述PFS生成装置的出口与所述反应室进料口之间可以设置有第六连接装置；所述PFS生成装置的进口与所述反应室出料口之间可以设置有第七连接装置。本发明对所述的第六连接装置和第七连接装置没有特殊的限制，满足实际操作条件即可；在本发明中，所述第六连接装置和第七连接装置可以与上述技术方案所述的第一连接装置相同，也可以不同。在本发明的实施例中，所述第六连接装置可以为乳胶管；所述第七连接装置可以为乳胶管。 [0068] 在本发明中，所述PFS生成装置优选包括PFS反应液盛放容器和PFS反应液输送装置。在本发明中，所述PFS反应液盛放容器的进口与所述反应室出料口相连；所述PFS反应液输送装置设置于所述PFS反应液盛放容器内部。在本发明的实施例中，所述PFS反应液盛放容器的进口与所述反应室出料口采用上述技术方案所述的第七连接装置相连；所述PFS反应液盛放容器的出口与所述反应室进料口采用上述技术方案所述的第六连接装置相连。 [0069] 在本发明中，所述PFS反应液盛放容器用于盛放PFS反应液。在本发明中，所述PFS反应液优选为硫酸亚铁、硫酸和氧化剂的混合溶液。本发明中，优选反应液中的硫酸亚铁浓度≥2mol/L，更优选为2～10mol/L，再优选为2～8mol/L，再优选为2～6mol/L，最优选为2～4mol/L。本发明中，优选反应液中的硫酸与硫酸亚铁的物质的量比值为0.1～3，更优选为 0.2～2，最优选为0.25～0.6。本发明中，氧化剂优选为强氧化剂，更优选为双氧水、硝酸、氯酸钾、次氯酸钠、氯酸钠的一种或多种，最优选为氯酸钾。优选的，令所述反应液中强氧化剂的物质的量为a、硫酸亚铁的物质的量为b，则a:b≥0.1。所述PFS反应液的体积优选为装满PFS反应液盛放容器。本发明对所述PFS反应液盛放容器的形状、材质和尺寸没有特殊的限制，满足实际操作条件即可；在本发明的实施例中，所述PFS反应液盛放容器可以为反应液罐19。 [0070] 在本发明中，所述PFS反应液输送装置用于将所述PFS反应液输送至所述膜堆内部的反应室中。在本发明的实施例中，所述PFS反应液输送装置可以为PFS潜水泵16。 [0071] 在本发明中，所述反应液存储装置的出口与所述PFS反应液盛放容器的进口相连，所述PFS反应液盛放容器的出口与PFS存储装置的进口通过溢流方式相连。 [0072] 在本发明的实施例中，为了便于反应液通入到PFS反应液盛放容器而后连续不断制备产品PFS，所述反应液存储装置的出口与所述PFS生成装置的进口可以设置有第八连接装置和第一PFS反应液输送装置；本发明对所述第八连接装置没有特殊的限制，满足实际操作条件即可；在本发明中，所述第八连接装置可以与上述技术方案所述的第一连接装置相同，也可以不同。在本发明的实施例中，第八连接装置可以为乳胶管。 [0073] 在本发明中，所述反应液存储装置用于盛放PFS反应液。在本发明中，所述反应液存储装置与PFS反应液盛放容器盛放的反应液成分和浓度保持一致。本发明对所述反应液存储容器的形状、材质和尺寸没有特殊的限制，满足实际操作条件即可；在本发明的实施例中，所述反应液盛放容器可以为反应液存储罐23。 [0074] 在本发明中，所述PFS存储装置用于盛放从PFS反应液盛放容器中溢流出来的PFS溶液。本发明对PFS存储装置的形状、材质和尺寸没有特殊的限制，满足实际操作条件即可。在本发明的实施例中，PFS存储装置可以为PFS存储罐24。 [0075] 在本发明中，优选采用直流电源1对上述装置进行恒电流或恒电压操作。 [0076] 本发明还提供了一种高盐基度PFS的连续制备方法，采用上述的系统，包括以下步骤： [0077] 将强电解质溶液通过电解液进样装置输送到膜堆阳极室与阴极室中； [0078] 将酸溶液通过酸溶液生成装置输送到膜堆的酸室中； [0079] 将反应液通过PFS生成装置输送到膜堆的反应室中，同时将反应液存储装置中的反应液以一定流量源源不断输送到PFS生成装置中，使得PFS生成装置的PFS溶液溢流到PFS存储装置中。 [0080] 开启直流电源，所述膜堆中的双极膜在电场作用下发生水解离，将H2O解离成OH-和H+，OH-与反应液结合在膜堆内部反应室中得到高盐基度PFS，H+与阴离子结合在膜堆内部酸室中得到酸溶液。 [0081] 在本发明中，首先将强电解质溶液通过电解液进样装置输送到电渗析膜堆阳极室和阴极室中；所述强电解质溶液选自氢氧化钠、硫酸钠、硝酸钠、硫酸钾、硝酸钾和氢氧化钾溶液中的一种或几种，最优选为硫酸钠溶液。在本发明中，所述电解液的摩尔浓度优选为0.01mol/L～3mol/L，更优选为0.03mol/L～2mol/L，最优选为0.06mol/L～1.2mol/L，最最优选为0.08mol/L～1mol/L。本发明对于上述装置以及输送方式已经有清楚的描述，在此不再赘述。 [0082] 在本发明中，上述电解液进样装置用于提供供电离的电解质，有循环的腔室即可。与其余盐室的位置关系可以不进行限定。 [0083] 在本发明中，将酸溶液盛放容器中的酸溶液通过酸溶液输送装置输送到电渗析膜堆的酸室中；所述酸溶液的体积优选为淹没酸溶液盛放容器中的酸溶液输送装置。在本发明中，酸溶液的摩尔浓度优选为0.005mol/L～6mol/L，更优选为0.05mol/L～5mol/L，最优选为0.1mol/L～4mol/L，最最优选为0.15mol/L～3mol/L。 [0084] 在本发明中，将PFS反应液盛放容器中的PFS反应液通过PFS反应液输送装置输送到电渗析膜堆的反应室中；所述PFS反应液的体积优选为装满PFS反应液盛放容器。本发明中，优选反应液中的硫酸亚铁浓度≥2mol/L，更优选为2～10mol/L，再优选为2～8mol/L，再优选为2～6mol/L，最优选为2～4mol/L。本发明中，优选反应液中的硫酸与硫酸亚铁的物质的量比值为0.1～3，更优选为0.2～2，最优选为0.25～0.6。本发明中，氧化剂优选为强氧化剂，更优选为双氧水、硝酸、氯酸钾、次氯酸钠、氯酸钠的一种或多种，最优选为氯酸钾。优选的，令所述反应液中强氧化剂的物质的量为a、硫酸亚铁的物质的量为b，则a:b≥0.1。 [0085] 在本发明中，所述膜堆中的双极膜在电场作用下发生水解离，OH-与反应液结合在膜堆内部反应室中得到高盐基度PFS，H+与阴离子结合在膜堆内部酸室中得到酸溶液。 [0086] 本发明中，优选的，在运行装置之前，使得溶液循环流动排出装置内部空气；待空气排出后，开启直流电源，运行装置。更优选的，所述溶液循环流动具体为开启潜水泵，使得阳极室与阴极室、酸室、反应室的溶液各自按照循环回路流动。 [0087] 为进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明提供的高盐基度PFS的连续制备系统及方法进行详细描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。 [0088] 实施例1 [0089] 组装制备系统：具体的，电渗析装置9由阴离子交换膜和双极膜交替叠压后加上流道隔网和密封垫等辅助材料构成有2对阴离子交换膜和阳离子交换膜重复单元构成膜堆1，每张有效面积为20cm2，及分别设置在膜堆两端的阴电极5、阳电极6，和安置在电极两端的夹紧装置7、8构成通过螺栓夹紧形成的。重复单元按下述材料排列顺序组成：隔网、阴离子交换膜、隔网、双极膜、隔网、阴离子交换膜；重复单元中的阴离子交换膜靠近阳电极，阴离子交换膜靠近阴电极；夹紧装置包括电极板、螺栓、螺母和垫片。组装电渗析膜堆只需将上述组成部分按图2顺序叠加，然后装上电渗析膜堆夹紧装置7、8，再用扳手拧紧即可。 [0090] 电渗析装置9的阳极室进料口14、阴极室出料口15，酸室进料口13、酸室出料口12，反应室进料口11、反应室出料口10分别通过软胶管连接到对应的电极液罐21、酸液罐20、反应液罐19的内部，反应液存储罐23通过乳胶管连接到反应液罐19的内部。电极液罐21、酸液罐20、反应液罐19内部置有分别与相应的电极室、酸室和反应室的进料口乳胶管相连的电极室潜水泵18、酸室潜水泵17和PFS潜水泵16，形成电极室、酸室和反应室三个独立的循环回路；将反应液存储罐23中的反应液通过PFS反应液蠕动泵22泵入反应液罐19；将反应液罐19置于PFS存储罐24中；将电渗析膜堆装置9的阳电极6和阴电极5分别通过导线与配套直流电源2的正极3和负极4相连接。 [0091] 采用上述所示的连续制备系统制备高盐基度PFS，包括以下步骤； [0092] 向电极液罐21灌入200mL摩尔浓度为0.3mol/L的硫酸钾溶液，硫酸钾溶液的体积占电极液罐21体积的50％。 [0093] 向酸液罐20灌入200mL摩尔浓度为0.2mol/L的硫酸溶液，硫酸溶液的体积占酸液罐20体积的40％。 [0094] 向反应液罐19灌入100mL反应液(4.65mol/L硫酸亚铁，1.20mol/L硫酸，0.80mol/L氯酸钾)，反应液的体积占反应室罐19的100％。 [0095] 向反应液存储罐23灌入200mL反应液(4.65mol/L硫酸亚铁，1.20mol/L硫酸，0.80mol/L氯酸钾)，反应液的体积占反应室罐19的60％。 [0096] 打开电极室潜水泵18、酸室潜水泵17、PFS潜水泵16，使电极液罐21、酸液罐20、反应液罐19中的溶液循环流动以排除装置中的气泡；待循环流动10min后，开启直流电源运行电渗析装置，开启PFS反应液蠕动泵22，设置流量为1mL/min，本实施例中采用恒电流操作，设定电流密度大小为10mA/cm2。 [0097] 本实施例在制备高盐基度PFS的过程中测试了电渗析装置电压和酸室酸溶液浓度，测试结果如图3和图4所示，图3为本发明实施例1～实施例3的电渗析装置电压随时间的变化曲线图，图4为本发明实施例1～实施例3的酸室酸溶液浓度随时间的变化曲线图。 [0098] 本实施例测定了PFS存储罐中的产品性能随时间的变化，测试结果如表1所示。 [0099] 表1本发明实施例1测定的聚合硫酸铁性能 [0100]时间(分钟) 全铁含量(％) 盐基度(％) pH 密度(g/mL) 60 10.89 6.92 2.17 1.53 120 11.50 8.64 2.22 1.56 180 11.14 11.60 2.23 1.57 [0101] 实施例2 [0102] 采用实施例1所示的连续制备系统制备硝酸钾，包括以下步骤： [0103] 向电极液罐21灌入400mL摩尔浓度为0.3mol/L的氢氧化钾溶液，氢氧化钾溶液的体积占电极液罐21体积的80％。 [0104] 向酸液罐20灌入200mL摩尔浓度为0.2mol/L的硫酸溶液，硫酸溶液的体积占酸液罐20体积的40％。 [0105] 向反应液罐19灌入100mL反应液(4.65mol/L硫酸亚铁，1.20mol/L硫酸，0.80mol/L氯酸钾)，反应液的体积占反应室罐19的100％。 [0106] 向反应液存储罐23灌入200mL反应液(4.65mol/L硫酸亚铁，1.20mol/L硫酸，0.80mol/L氯酸钾)，反应液的体积占反应室罐19的60％。 [0107] 打开电极室潜水泵18、酸室潜水泵17、PFS潜水泵16，使电极液罐21、酸液罐20、反应液罐19中的溶液循环流动以排除装置中的气泡；待循环流动10min后，开启直流电源运行电渗析膜堆装置，开启PFS反应液蠕动泵22，设置流量为1mL/min，本实施例中采用恒电流操作，设定电流密度大小为20mA/cm2。 [0108] 本实施例在制备高盐基度PFS的过程中测试了电渗析装置电压和酸室酸溶液浓度，测试结果如图3和图4所示，图3为本发明实施例1～实施例3的电渗析装置电压随时间的变化曲线图，图4为本发明实施例1～实施例3的酸室酸溶液浓度随时间的变化曲线图。 [0109] 本实施例测定了PFS存储罐中的产品性能随时间的变化，测试结果如表2所示。 [0110] 表2本发明实施例2测定的聚合硫酸铁性能 [0111]时间(分钟) 全铁含量(％) 盐基度(％) pH 密度(g/mL) 60 11.01 6.15 2.17 1.53 120 11.65 8.65 2.22 1.54 180 11.88 10.18 2.23 1.55 [0112] 实施例3 [0113] 采用实施例1所示的连续制备系统制备硝酸钾，包括以下步骤： [0114] 向电极液罐21灌入200mL摩尔浓度为0.3mol/L的氢氧化钾溶液，氢氧化钾溶液的体积占电极液罐21体积的50％。 [0115] 向酸液罐20灌入200mL摩尔浓度为0.2mol/L的硫酸溶液，硫酸溶液的体积占酸液罐20体积的40％。 [0116] 向反应液罐19灌入100mL反应液(4.65mol/L硫酸亚铁，2.40mol/L硫酸，0.80mol/L氯酸钾)，反应液的体积占反应室罐19的100％。 [0117] 向反应液存储罐23灌入200mL反应液(4.65mol/L硫酸亚铁，1.20mol/L硫酸，0.80mol/L氯酸钾)，反应液的体积占反应室罐19的60％。 [0118] 打开电极室潜水泵18、酸室潜水泵17、PFS潜水泵16，使电极液罐21、酸液罐20、反应液罐19中的溶液循环流动以排除装置中的气泡；待循环流动10min后，开启直流电源运行电渗析膜堆装置，开启PFS反应液蠕动泵22，设置流量为2mL/min，本实施例中采用恒电流操作，设定电流密度大小为10mA/cm2。 [0119] 本实施例在制备高盐基度PFS的过程中测试了电渗析装置电压和酸室酸溶液浓度，测试结果如图3和图4所示，图3为本发明实施例1～实施例3的电渗析装置电压随时间的变化曲线图，图4为本发明实施例1～实施例3的酸室酸溶液浓度随时间的变化曲线图。 [0120] 本实施例测定了PFS存储罐中的产品性能随时间的变化，测试结果如表3所示。 [0121] 表3本发明实施例3测定的聚合硫酸铁性能 [0122]时间(分钟) 全铁含量(％) 盐基度(％) pH 密度(g/mL) 60 11.01 6.55 2.19 1.55 120 11.65 8.35 2.25 1.58 180 11.88 10.68 2.28 1.57 |
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