电子铝箔是生产电子电容器的关键原料。铝箔腐蚀生产过程使用大量强酸进行电化学腐蚀，同时需要大量高纯水对铝箔表面进行浸泡及清洗作业，因此产生含有较多SO₄^2-、Cl^-及Al³⁺的废水。该废水pH低于2、电导率较高、COD低^〔1〕。

与传统的净水剂PAC及PFS相比，聚合硫酸铁铝（PAFS）具有混凝效果好、作用快、用量少和允许投加范围广的特点^〔2〕，主要用于污水混凝除浊^〔3〕、焦化处理^〔4〕、制革废水处理等方面^〔5〕。生产聚合硫酸铁铝的原料较多，常用的有赤铁矿、工业含铁废渣、硫铁矿及铝土矿等，制备方法包括碱中和共聚法、高温焙烧法以及工业原料酸溶法^〔6〕。在聚合硫酸铁铝制备过程中如何控制好碱化反应条件，使产品具有适合的盐基度又不产生Fe（OH）₃、Al（OH）₃沉淀，是制备该产品的关键问题。

本研究利用酸性废水通过酸溶—碱化—水解熟化工艺制备聚合硫酸铁铝净水剂，对污水的除浊率、COD去除率高，成本低，操作简便，不仅可回收铝资源，减少固渣排放量，同时具有良好的经济效益和环保效益。

铝箔废液，青海瑞合铝箔有限公司；三氧化二铁，分析纯，天津伟强精细化工有限公司；硫酸铝，分析纯，上海广诺化学科技有限公司；硫酸，分析纯，青海省化工设计研究院化学试剂厂；碱化剂，工业级，天津伟强精细化工有限公司。聚合氯化铝（PAC），工业级（Al₂O₃质量分数为28%），郑州亿升化工有限公司；聚合硫酸铁（PFS），工业级（Fe₂O₃质量分数为22%），河南天水新材料有限公司。

铝箔酸洗废液水质：pH < 1，SO₄^2- 4.212 mol/L，Cl^- 0.523 mol/L，Al³⁺ 0.286 mol/L，密度1.120 g/cm³，颜色为淡黄色。

取500 mg高岭土置于1 L容量瓶中，加水至标线，摇匀，制得高岭土溶液。实验用废水取自西宁市第三污水处理厂，pH为7，COD为245.68 mg/L，浊度为238 NTU。

实验分为酸溶、碱化、水解熟化3个部分，反应式见式（1）~式（5）。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

用酸溶—碱化—水解熟化工序制备PAFS：取一定量的铝箔废酸液于500 mL三口瓶中，调节溶液酸度，称取一定质量的Fe₂O₃加入三口瓶内，在一定温度的油浴中反应数小时得到橙黄色溶液，按一定n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）加入硫酸铝，反应30 min后加入氢氧化钙并调节溶液pH，随后经水解熟化工序制得红褐色液体，即为聚合硫酸铁铝液体产品。

取500 mL废水于磁力搅拌器中，加入一定量质量分数为2%的净水剂产品，在pH为6.5~7、25 ℃下以200 r/min的转速搅拌5 min，再以40 r/min的转速搅拌5 min，静止10 min后取液面以下2 cm处水样，测定浊度。

盐基度的测定参见GB14591—2016《水处理剂聚合硫酸铁》；COD的测定参见HJ 828—2017《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》；浊度测定参见GB 13200—1991《水质浊度的测定》。

用SU8000型高分辨场发射扫描电镜（日本日立公司）在20 kV下对硫酸铁、聚合硫酸铁铝样品进行电镜分析^〔7〕。

用Dmax/RB型衍射仪进行XRD表征，电压35 kV，电流20 mA，Cu靶，2θ/θ耦合连续扫描，5°~ 80°扫描，X射线波长为0.154 06 nm。测试时将样品于70 ℃烘干后充分研磨，取适量粉体填充于玻璃载体上并压平，粉体厚度约1 mm。

在n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）为4:1、反应温度为110 ℃、反应时间4.5 h、水解温度70 ℃、水解时间为4 h、熟化温度为50 ℃、熟化时间为8 h的实验条件下，考察硫酸浓度对盐基度的影响，并测定其对高岭土水样的除浊率，结果如图1所示。

由图1可知，硫酸浓度对PAFS的性能影响较大，盐基度随硫酸浓度的增加呈先上升后下降的趋势。当硫酸浓度＜8 mol/L时，Fe₂O₃的溶出率较低，产品大部分以Fe₂O₃单体存在，盐基度较低，为8.34%，除浊效果差；硫酸浓度＞10 mol/L后，硫酸根含量过高，产品中的碱式硫酸铁含量下降，盐基度下降，除浊效果差。硫酸浓度为9 mol/L时聚合硫酸铁铝产品的盐基度及除浊率最佳，分别达到18.23%、89.63%。

在硫酸浓度为9 mol/L、反应温度为110 ℃、反应时间为4.5 h、水解熟化条件不变的条件下，考察n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）对盐基度的影响。实验结果显示，聚合硫酸铁铝产品的盐基度随n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）的增加而降低。当n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）为3:1时，产品盐基度为34.66%，但其生成的碱式硫酸铝与碱式硫酸铁的配伍性较差，产生矾花较细、沉降时间慢，除浊率仅为68.74%；当n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）为4:1时，产品盐基度为20.23%，除浊效果达到最佳，为90.26%；n（Fe³⁺）: n（Al³⁺）为5:1时盐基度为20.12%，除浊率为87.69%，相比n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）为4:1时的除浊率有所下降。因此，最佳n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）取4:1。

在硫酸浓度为9 mol/L、n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）为4:1、反应时间为4.5 h、水解熟化不变的条件下，考察反应温度对盐基度的影响，测定产品对高岭土水样的除浊率，结果如图2所示。

由图2可知，反应温度为90 ℃时，聚合硫酸铁铝的盐基度为37.84%，除浊率为62.85%，其盐基度较高是由于反应温度较低，Fe₂O₃未完全转化为碱式硫酸铁，同时生成的聚合碱式硫酸铝与碱式硫酸铁的配伍性较差、产生矾花较细、除浊效果较差。温度为110、120 ℃时，盐基度分别为20.12%、21.07%，产品除浊率均＞90%，但考虑到能耗，以110 ℃为油浴最佳温度。

在硫酸浓度为9 mol/L、n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）为4:1、反应温度为110 ℃、水解熟化条件不变的条件下，考察反应时间对盐基度的影响，测定其对高岭土水样的除浊率。实验结果表明，反应时间为3.5 h时反应不充分，制得产品的盐基度、除浊率分别为14.66%、52.05%；反应时间＞4.5 h时，盐基度及除浊率基本稳定，综合能耗考虑，反应时间选取4.5 h为佳，产品的盐基度、除浊率分别为20.23%、90.26%。

在硫酸浓度为9 mol/L、n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）为4:1、反应温度为110 ℃、反应时间为4.5 h的条件下，考察不同碱化度下聚合硫酸铁铝的盐基度及对高岭土水样的除浊效果，结果如图3所示。

由图3可知，碱化度为0.2时，聚合硫酸铁铝的盐基度为8.64%，除浊效果较差，为55.69%，原因是碱化度较小时主要生成硫酸铁、硫酸铝单体。随着碱化度的升高，聚合硫酸铁铝的盐基度、除浊率呈上升趋势；碱化度为0.6时聚合硫酸铁铝的净水效果最佳，盐基度、除浊率分别为20.12%、90.26%，碱化度为0.8时聚合硫酸铁铝的除浊率降至71.50%，原因为生成氢氧化铁和氢氧化铝单体沉淀，导致净水效果差。因此，选取碱化度0.6为其最佳制备条件。

图4为硫酸铁单体和自制聚合硫酸铁铝放大1 000、5 000倍的SEM照片。

由图4（a）、（b）可知，硫酸铁单体结晶呈结构无序分散特征。与单体硫酸铁无序分散的晶体结构不同，硫酸铁铝晶体呈聚合物网状结构，紧实密集，说明在水解聚合过程中，羟基桥联作用将铝铁以不规则至相对较规则的次序键联一起，生成聚合物^〔8〕。

图5为硫酸铁单体和自制聚合硫酸铁铝的XRD谱图。

与图5（a）相比，自制聚合硫酸铁铝XRD谱图中的特征峰依然存在，同时还存在很多无定形峰，20°~40°出现多个小衍射峰，为PAFS大分子的无序物相。与标准图卡对比，表明其同时存在水合氢离子铁矾、水赤铁矿相等多个晶相，说明PAFS为多种晶体矿的混合物，且为无定型结构。

取一定量的自制聚合硫酸铁铝溶液、市售聚合氯化铝（PAC）及聚合硫酸铁（PFS）对污水处理厂的生活废水进行净水实验，结果如表3所示。

由表3可见，实验制得的PAFS对废水的除浊率及COD去除效果远优于市售PAC，与市售PAFS效果基本持平，但对COD的去除效果优于市售PAFS，且自制PAFS的矾花沉降时间最短，优于其他2种市售净水剂。

以铝箔酸洗废液为原料，通过酸溶—碱化—水解熟化工序制备了聚合硫酸铁铝（PAFS）。反应条件为：硫酸浓度9 mol/L、n（Fe³⁺）:n（Al³⁺）=4:1、反应温度110 ℃、反应时间4.5 h、碱化度0.6，水解温度70 ℃、水解时间4 h、熟化温度50 ℃、熟化时间8 h。制备的聚合硫酸铁铝液体产品经XRD、SEM表征，呈无定型、多晶体矿混合聚合物结构。生活污水净化结果表明，该产品的除浊率与现有PFS净水剂效果相当，COD去除率及沉降时间优于现有PAC及PFS净水剂。