[發明專利]一種電解制備高鐵酸鉀的裝置及其制備方法

有效

• 申請號: 200910196136.3
• 申請日: 2009-09-22
• 公開（公告）號: CN101713078A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 王國華;侯惠奇;張仁熙;孫曉
• 申請（專利權）人: 上海市政工程設計研究總院;復旦大學
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C25B1/14
• 代理公司: 上海世貿專利代理有限責任公司 31128
• 代理人: 李浩東;陳穎潔

技術領域

本發明涉及水處理藥劑制備技術領域，更具體地說使涉及一種電解制 備高鐵酸鉀的裝置及其制備方法。

背景技術

高鐵酸鹽是一種由六價鐵酸根和金屬離子組成的鹽類，其通式為 M_xFeO₄。高鐵酸鹽在整個pH范圍內具有極強的氧化性，可以降解水中一 系列有機污染物，其還原產物Fe³⁺和Fe(OH)₃，具有吸附絮凝作用，對環境 無毒副作用，因此它作為一種集氧化、絮凝、殺菌消毒于一體的多功能綠 色水處理化學藥劑日益受到國內外的關注。不僅如此，以高鐵酸鹽為陰極 材料的超鐵電池以其容量大、充電性好、導電性強、環境友好等特質而備 受關注；而在有機合成領域，高鐵酸鹽被認為是一種環境友好的選擇性氧 化劑，它被證明能夠有效地選擇性氧化有機化合物的某些功能團，將為有 機合成工業提供一種更加清潔的工藝。

目前高鐵酸鹽主要有3種制備方法：高溫熔融氧化法、次氯酸鹽氧化 法和電解法。

高溫熔融氧化法——利用堿金屬的硝酸鹽、氧化物、過氧化物或氫氧 化物在高溫高壓的條件下與鐵鹽(Fe₂O₃)熔融反應生成高鐵酸鹽。這項綠 色技術能使鋼鐵生產過程中的各種氧化鐵廢料循環使用，因此近來受到越 來越多的關注。但是由于該反應為放熱反應，溫度升高快，容易引起爆炸， 故需嚴格控制操作條件。該法比較危險且難于實現，目前很少采用。

次氯酸鹽氧化法——在強堿溶液(NaOH)中用高濃度次氯酸鹽 (NaClO，約18％)氧化三價鐵離子可以制得高鐵酸根離子，然后向含高 鐵酸鹽的溶液中加入過量氫氧化鉀(KOH)，將其轉化成高鐵酸鉀(K₂FeO₄)。 雖然此法提供了一種設備成本低、快速大量制備高鐵酸鉀的合成途徑，然 而它卻存在兩大缺點。首先，要獲得高濃度次氯酸鹽溶液，制備過程中需 要使用有毒危險氣體——氯氣，不僅設備腐蝕嚴重，而且不可避免地對環 境造成污染，高濃度含氯廢液的處置也是有待解決的一個問題；第二，產 生的高鐵酸根離子容易受雜質離子(如過渡金屬)的影響而分解，因此該 法要求使用高純度的試劑(近飽和的NaOH、KOH溶液)，成本相當高。

電解法是鐵陽極在濃堿液中電解發生氧化反應生成高鐵酸鹽，再加入 KOH使之轉化為K₂FeO₄作為固體沉淀下來。

陽極反應：Fe+8OH^-→FeO₄^2-+4H₂O+6e

陰極反應：2H₂O+2e→H₂+2OH^-

總反應為：Fe+2OH^-+2H₂O→FeO₄^2-+3H₂↑

及：2Fe³⁺+10OH^-→FeO₄^2-+2H₂O+3H₂↑

FeO₄^2-+2K⁺→K₂FeO₄

電解法與前2種方法相比，具有設備簡單、步驟精簡、雜質含量少、 幾乎不產生污染等優點，值得深入研究。電解液的成分和濃度、隔膜材料、 電解時間、電解溫度和電流密度等因素會影響電流效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電解制備高鐵酸鉀的裝置，可以提高產量。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種電解制備高鐵酸鉀 的裝置，包括電解槽，其特征在于該電解槽的兩端分別為恒溫槽，電解槽 中部設有陰極室槽，不銹鋼板作為陰極插入陰極室槽，陰極室槽兩邊分別 設有一個陽極室槽，鐵板作為陽極插入電解槽的陽極室槽內，陰極室槽和 陽極室槽之間通過隔膜隔開。隔膜材料為2～3mm厚的聚偏氟乙烯膜，該聚 偏氟乙烯膜的微孔孔徑為1～2μm。不銹鋼板位于陰極室槽的中部，鐵板位 于陽極室槽和恒溫槽的連接處，鐵板的內側設有螺旋環繞的冷卻管。

本發明的另一目的在于提供一種電解制備高鐵酸鉀方法，可以提高產 量。