[發明專利]一種基于電解法制備液體高鐵酸鈉的方法及其電解槽

在審

• 申請號: 202011321170.1
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112746287A
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 李聰;許羅;黃賽凱;魏郭子健;計杰
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C25B1/14
• 分類號: C25B1/14;C25B15/08;C25B9/17;C25B15/02;C25B15/025;C25B15/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供一種基于電解法制備液體高鐵酸鈉的方法，包括如下步驟：步驟1，采用軟化器對水進行軟化以去除鈣、鎂等離子，得到軟化后的水；步驟2，將軟化后的水加入放置有氫氧化鈉溶液和氯化鉀溶液的攪拌器內，在設定的速度下進行攪拌，混合均勻后配制得到電解液；步驟3，將電解液加入冷凝器進行冷凝，并將溫度控制到30～40℃，得到冷凝后的電解液；步驟4，將冷凝后的電解液加入電解槽后在設定的電流密度下對電解液進行一定時間的電解，得到高鐵酸鈉溶液。本發明還提供一種電解槽，包括：槽身，呈長方體型；三塊隔板，設置于槽身內部將槽身隔斷成四個區域；以及四個槽蓋，分別放置于槽身頂部用于覆蓋四個區域。

技術領域

本發明屬于電化學領域，具體涉及一種基于電解法制備液體高鐵酸鈉的方法及其電解槽。

背景技術

隨著全球工業化的高度發展，水污染問題日益嚴重，而傳統的水處理劑已被證實會產生一系列對生物體有害的副產物，因此，迫切需要開發新的水處理劑。高鐵酸鹽是鐵的最高價態化合物，在酸性條件下，它的標準氧化還原電位是2.20V，比目前所有應用在水處理中的消毒劑都要高，是一種強氧化性物質。在氧化過程中，高鐵酸鹽自身被還原成具有絮凝作用的三價鐵鹽，能高效地去除水中的微小的懸浮物，實驗證明，高鐵酸鹽的消毒和除污效果，全面優于含氯消毒劑和高錳酸鹽。此外，還能氧化掉諸如硫化氫(H₂S)、甲硫醇(CH₃SH)、甲基硫(CH₃)₂S)、氨氣(NH₃)等惡臭物質，將其轉化為安全無味的物質?？傊?，高鐵酸鹽是一種具有氧化、吸附、絮凝、助凝、殺菌、滅藻、去濁、脫色和除臭等功能的新型高效綠色水處理劑，具有極大的應用前景。

理論上來說，高鐵酸根(FeO₄^2-)陰離子可以跟很多金屬陽離子和一些類金屬陽離子(如NH₄⁺，N(C₄H₉)⁴⁺)形成簡單的含氧酸鹽，但實際上想要制備出測試量的高鐵酸鹽很難，而制備出高純度或結晶形態的高鐵酸鹽就更難。目前國內外制備的高鐵酸鹽主要是高鐵酸鉀和高鐵酸鈉，主要有三種方法：干式氧化法、濕式氧化法和電解法。

干式氧化法又稱熔融氧化法，其原理是在高溫苛性堿環境中，過氧化物(如Na₂O₂或K₂O₂)與鐵單質或含鐵化合物(如FeSO₄)發生高溫固相(或熔融相)反應，來制備高鐵酸鹽。該方法需要高溫、高壓及貧氧等條件，需要外部大型附屬設備，難以實現工業生產，目前這種方法已經很少采用。

濕式氧化法又稱為次氯酸鹽氧化法，其原理主要是在強堿性條件下，次氯酸鹽(如KClO、NaClO)將三價鐵源氧化成高鐵酸根離子，生成高鐵酸鹽。該方法制備的高鐵酸鹽純度低，需要一系列提純操作才能獲得較高的純度。此外，該方法還存在一些缺點：如實際操作程序繁瑣、需要低溫條件、提純時會用到對人體有害的乙醚等有機溶劑、而且次氯酸鹽的制備和分解都涉及氯氣的存在，對裝置的氣密性和耐腐蝕性有很高的要求，因此該方法只是用于實驗室制備高鐵酸鹽，并未實現工業應用。

電解法制備高鐵酸鹽是近年研究的熱點之一，其原理是鐵陽極在強堿性電解池中被氧化成高鐵酸根離子，反應過程如下：

陽極反應：

陰極反應：2H₂O+2e^-→H₂↑+2OH^-

電流效率決定電耗和高鐵酸鹽濃度，影響電流效率的主要因素包電解液組成和濃度、溫度、陽極表面的電流密度等。在電解過程中，鐵電極會因為表面逐漸形成的Fe₂O₃/Fe₃O₄雙分子膜而出現鈍化情況，從而使電流效率降低；此外，電解中會生成具有還原作用的氫氣，不及時排除會影響生成的高鐵酸鹽純度。