聚合硫酸鐵與傳統的三氯化鐵、硫酸亞鐵等簡單鐵鹽有本質區別。它不是以單一的離子形式存在,而是在生產過程中預先通過羥基橋接,形成了具有不同聚合度的多核羥基絡合物。當其投入水中時,這個預聚合體并不會停滯,而是會與水體環境發生動態互動,繼續進行水解和聚合反應,生成具有絮凝效果的優勢組分。
一、水解-聚合過程
聚合硫酸鐵的水解聚合過程是一個連續的、分階段的動態平衡過程,其核心是離子與羥基和硫酸根的配位競爭。
1.初始水解階段
當投入水中瞬間,其預聚合結構會部分解離,水分子迅速配位到離子上,形成水合鐵離子。由于它具有高電荷和小半徑,較強的水分子會被其化,發生水解反應,此反應釋放出電子,導致溶液pH下降,生成單核羥基水合離子。這是所有鐵鹽絮凝劑共有的起始步驟。
2.聚合階段
這是決定有效性的關鍵階段。上述生成的單核水解產物并非穩定存在,它們會通過羥橋或氧橋發生聚合反應。
羥橋連接:兩個單核羥基絡合物通過脫去一個水分子,共享一個羥基,形成雙核絡合物。
3.動態平衡與衰老階段
水解與聚合是一個可逆的動態平衡。形成的聚合物可能因pH變化、稀釋、老化等原因發生解聚,又重新聚合。體系會達到一個暫時的亞穩態,各種不同聚合度的組分共存。若時間過長,這些無定形的聚合物會進一步向穩定的結晶態氫氧化鐵沉淀轉化,即“衰老”,導致絮凝活性下降。
二、影響水解-聚合過程的關鍵因素
pH值:這是核心的因素。pH過低會抵制水解和聚合,pH過高則會迅速生成Fe沉淀,跳過聚合階段。聚合硫酸鐵發揮效能的pH范圍通常在4-11之間,此時高聚合度的帶電絡合物占主要位置。
聚合硫酸鐵的水解聚合過程是一個精巧復雜的動態化學過程。其有效性正源于其預先聚合和水中繼續聚合的特性,使其能快速提供大量正電荷和高聚合度的中間產物,綜合發揮電中和與吸附架橋的協同效應。