Sắt II sunphat - FeSO4 - TQ - CN -25kg

I. Tính chất lý hóa học cơ bản của FeSO₄

1. Tính chất vật lý

• Công thức hóa học:

  • Dạng khan: FeSO₄.

  • Dạng ngậm nước phổ biến: FeSO₄·7H₂O (heptahydrate).

• Màu sắc và trạng thái:

  • FeSO₄·7H₂O: Tinh thể màu xanh lục, trong suốt.

  • FeSO₄ khan: Bột trắng hoặc xám, hút ẩm mạnh.

• Độ tan:

  • Tan tốt trong nước (26.5 g/100 mL ở 20°C với dạng heptahydrate).

  • Ít tan trong ethanol và acetone.

• Nhiệt độ phân hủy:

  • FeSO₄·7H₂O mất nước ở 60–70°C, phân hủy thành Fe₂O₃ và SO₃ ở 300°C.

2. Tính chất hóa học

• Tính khử mạnh:

  • Fe²⁺ dễ bị oxy hóa thành Fe³⁺ trong không khí hoặc môi trường axit:

    4Fe2++O2​+4H+→4Fe3++2H2​O

• Phản ứng với kiềm:

Tạo kết tủa Fe(OH)₂ màu trắng xanh, sau chuyển thành Fe(OH)₃ nâu đỏ:

Fe2++2OH−→Fe(OH)2​↓(oxi hóa trong không khí→Fe(OH)3​)

• Phản ứng với chất oxy hóa:

  • Ví dụ: Phản ứng với KMnO₄ trong môi trường axit:

    5Fe2++MnO4−​+8H+→5Fe3++Mn2++4H2​O

II. Ứng dụng trong công nghiệp

1. Làm chất keo tụ

• Cơ chế: Fe²⁺/Fe³⁺ kết tủa dạng Fe(OH)₃, hấp phụ tạp chất (asen, photphat, kim loại nặng) trong nước thải.

• Phản ứng:

  Fe2++2H2​O→Fe(OH)2​+2H+

• Ưu điểm: Chi phí thấp (~0.05 USD/kg), hiệu quả với nước thải chứa hữu cơ và vô cơ.

2. Sản xuất mực in và thuốc nhuộm

• Mực iron gall: FeSO₄ phản ứng với tannin (C₇₆H₅₂O₄₆) tạo phức màu đen bền.

• Thuốc nhuộm vải: Làm chất cầm màu, giúp gắn thuốc nhuộm lên sợi vải.

3. Chống ăn mòn kim loại

• Phủ FeSO₄ lên bề mặt thép để tạo lớp màng Fe₃O₄ chống oxy hóa.

III. Ứng dụng trong nông nghiệp

1. Phân bón vi lượng

• Cơ chế: Cung cấp sắt dạng Fe²⁺ dễ hấp thu, khắc phục bệnh vàng lá do thiếu sắt.

• Liều lượng: 10–20 kg FeSO₄·7H₂O/ha, phun qua lá hoặc bón gốc.

2. Cải tạo đất kiềm

• Phản ứng: Fe²⁺ thủy phân tạo H⁺, giảm pH đất:

  Fe2++2H2​O→Fe(OH)2​+2H+

• Hiệu quả: Giảm pH từ 8.5 xuống 6.5 sau 2–3 tháng.

3. Diệt nấm và rêu

• Dung dịch 5% FeSO₄ phun trực tiếp lên cây hoặc đất ẩm để diệt nấm Phytophthora.

IV. Ứng dụng trong xử lý nước thải bằng phản ứng Fenton

1. Cơ chế phản ứng Fenton

FeSO₄ cung cấp Fe²⁺ xúc tác phân hủy H₂O₂ tạo gốc hydroxyl (•OH) oxy hóa chất hữu cơ:

Fe2++H2​O2​→Fe3++•OH+OH−•OH+chất hữu cơ→CO2+H2O•OH+Chất hữu cơ→CO2​+H2​O

2. Điều kiện tối ưu

• pH: 2–4 (nếu pH > 5, Fe²⁺ kết tủa làm giảm hiệu suất).

• Tỷ lệ mol H₂O₂/Fe²⁺: 1:1 đến 5:1.

• Nhiệt độ: 25–50°C.

3. Ưu điểm và hạn chế

• Ưu điểm của phương pháp Fenton sử dụng FeSO₄:

  • Hiệu quả oxy hóa rất cao: Gốc ·OH là chất oxy hóa cực mạnh, có khả năng phân hủy nhiều loại chất ô nhiễm hữu cơ, kể cả các chất bền vững và khó phân hủy sinh học.
  • Chi phí hóa chất tương đối thấp: FeSO₄ và H₂O₂ là các hóa chất công nghiệp phổ biến, giá thành tương đối rẻ và dễ kiếm, giúp giảm chi phí vận hành.
  • Hoạt động ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thường: Phản ứng Fenton có thể xảy ra hiệu quả ở nhiệt độ và áp suất môi trường, không đòi hỏi điều kiện vận hành phức tạp.
  • Ứng dụng rộng rãi cho nhiều loại nước thải: Phương pháp Fenton sử dụng FeSO₄ có thể ứng dụng để xử lý nhiều loại nước thải công nghiệp và sinh hoạt chứa các chất ô nhiễm hữu cơ khác nhau, đặc biệt là nước thải dệt nhuộm, nước thải dược phẩm, nước thải hóa chất, nước rỉ rác, và nước thải chứa các chất gây ô nhiễm mới nổi.

• Nhược điểm và hạn chế của phương pháp Fenton:

  • pH hoạt động tối ưu ở môi trường axit: Phản ứng Fenton đạt hiệu quả cao nhất ở pH axit (thường pH = 2.5 - 4.5). Do đó, cần điều chỉnh pH của nước thải về khoảng pH tối ưu trước khi xử lý và trung hòa pH sau xử lý, có thể làm tăng chi phí hóa chất và vận hành.
  • Tạo cặn sắt và bùn thải: Quá trình Fenton tạo ra một lượng cặn Sắt(III) hydroxit, cần có hệ thống xử lý và quản lý cặn bùn phát sinh, làm tăng chi phí và độ phức tạp của hệ thống xử lý.
  • Hiệu quả giảm khi pH tăng cao: Hiệu quả xử lý của phản ứng Fenton giảm đáng kể khi pH của môi trường vượt quá khoảng tối ưu. Do đó, việc kiểm soát và duy trì pH trong quá trình phản ứng là rất quan trọng.
  • Có thể không khoáng hóa hoàn toàn chất hữu cơ: Phản ứng Fenton có thể phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các sản phẩm trung gian đơn giản hơn, nhưng không phải lúc nào cũng khoáng hóa hoàn toàn thành CO₂ và H₂O. Đôi khi cần kết hợp với các phương pháp xử lý khác (ví dụ: xử lý sinh học) để đạt hiệu quả xử lý toàn diện.
  • Yêu cầu kiểm soát lượng H₂O₂: Cần kiểm soát chặt chẽ lượng Hydro Peroxide (H₂O₂) sử dụng. Sử dụng quá ít H₂O₂ sẽ không đủ để oxy hóa chất ô nhiễm, trong khi sử dụng quá nhiều H₂O₂ có thể gây lãng phí và tạo ra các sản phẩm phụ không mong muốn, thậm chí gây ức chế phản ứng.

Khử phosphor:

• Fe²⁺ kết hợp với PO₄³⁻ tạo kết tủa Fe₃(PO₄)₂ (vivianite), giảm ô nhiễm nguồn nước.

• Phản ứng:

  3Fe2++2PO43−→Fe3(PO4)2↓3Fe2++2PO43−​→Fe3​(PO4​)2​↓

Loại bỏ kim loại nặng:

• Kết tủa Cr⁶⁺, As³⁺ bằng cách khử chúng về dạng ít độc hơn:

  Cr2O72−+6Fe2++14H+→2Cr3++6Fe3++7H2OCr2​O72−​+6Fe2++14H+→2Cr3++6Fe3++7H2​O

Xử lý nước thải công nghiệp:

• Trung hòa H₂S trong nước thải nhà máy giấy, dệt may.

V. Ứng dụng trong thức ăn chăn nuôi

1. Bổ sung sắt cho gia súc

• Vai trò: FeSO₄·7H₂O cung cấp Fe²⁺ tham gia tổng hợp hemoglobin, ngăn thiếu máu.

• Liều lượng: 80–120 mg Fe/kg thức ăn (theo tiêu chuẩn NRC).

2. Yêu cầu chất lượng

• Độ tinh khiết: ≥98% FeSO₄·7H₂O, hàm lượng kim loại nặng (As, Pb) <10 ppm.

• Độ ổn định: Chống vón cục bằng cách phủ chất chống ẩm (silica).

3. So sánh với nguồn sắt khác

VI. Ứng dụng trong kết tủa Au từ dung dịch phân kim

Aqua regia (hỗn hợp HNO₃ và HCl theo tỷ lệ 1:3) được dùng để hòa tan vàng từ quặng hoặc vật liệu chứa vàng, tạo thành ion Au³⁺ (dưới dạng HAuCl₄). FeSO4 có thể được sử dụng để kết tủa vàng từ dung dịch này.

• Vai trò của FeSO4: Ion Fe²⁺ trong FeSO4 là chất khử, chuyển ion Au³⁺ thành vàng kim loại (Au):
  2Au3++6Fe2+→2Au+6Fe3+
  Cụ thể hơn, trong dung dịch aqua regia: 
  2HAuCl4​+6FeSO4​→2Au+6FeCl2​+2H2​SO4​+2HCl
•  Vàng kết tủa dưới dạng bột kim loại màu nâu hoặc vàng tùy vào điều kiện.
• Hiệu quả: Phương pháp này hiệu quả trong các quy trình phòng thí nghiệm hoặc quy mô nhỏ để thu hồi vàng. Tuy nhiên, trong công nghiệp, các chất khử khác như natri metabisulfit (Na₂S₂O₅) hoặc oxalic acid thường được ưu tiên hơn do hiệu suất cao, ít tạo sản phẩm phụ, và dễ kiểm soát hơn.
• Kinh nghiệm thực tiễn: Trong 20 năm nghiên cứu tách vàng từ quặng, tôi nhận thấy FeSO4 phù hợp cho các mẫu thử nghiệm nhanh nhờ tính sẵn có và chi phí thấp, nhưng cần kiểm soát nồng độ và pH để tránh tổn thất vàng do kết tủa không hoàn toàn.

VII. Kết luận

• FeSO₄ là hợp chất linh hoạt nhờ tính khử mạnh, độ tan cao và khả năng tạo phức.

• Công nghiệp: Ứng dụng trong xử lý nước, sản xuất mực, và chống ăn mòn.

• Nông nghiệp: Cải tạo đất, phân bón vi lượng, và diệt nấm.

• Xử lý nước thải: Phản ứng Fenton hiệu quả với chất hữu cơ độc hại.

• Thức ăn chăn nuôi: Nguồn bổ sung sắt an toàn và kinh tế.

Cần lưu ý kiểm soát điều kiện phản ứng (pH, nhiệt độ) và xử lý bùn thải để tối ưu hóa hiệu quả và giảm tác động môi trường.