[发明专利]一种电解制备高铁酸钾的装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水处理药剂制备技术领域，更具体地说使涉及一种电解制 备高铁酸钾的装置及其制备方法。

背景技术

高铁酸盐是一种由六价铁酸根和金属离子组成的盐类，其通式为 M_xFeO₄。高铁酸盐在整个pH范围内具有极强的氧化性，可以降解水中一 系列有机污染物，其还原产物Fe³⁺和Fe(OH)₃，具有吸附絮凝作用，对环境 无毒副作用，因此它作为一种集氧化、絮凝、杀菌消毒于一体的多功能绿 色水处理化学药剂日益受到国内外的关注。不仅如此，以高铁酸盐为阴极 材料的超铁电池以其容量大、充电性好、导电性强、环境友好等特质而备 受关注；而在有机合成领域，高铁酸盐被认为是一种环境友好的选择性氧 化剂，它被证明能够有效地选择性氧化有机化合物的某些功能团，将为有 机合成工业提供一种更加清洁的工艺。

目前高铁酸盐主要有3种制备方法：高温熔融氧化法、次氯酸盐氧化 法和电解法。

高温熔融氧化法——利用碱金属的硝酸盐、氧化物、过氧化物或氢氧 化物在高温高压的条件下与铁盐(Fe₂O₃)熔融反应生成高铁酸盐。这项绿 色技术能使钢铁生产过程中的各种氧化铁废料循环使用，因此近来受到越 来越多的关注。但是由于该反应为放热反应，温度升高快，容易引起爆炸， 故需严格控制操作条件。该法比较危险且难于实现，目前很少采用。

次氯酸盐氧化法——在强碱溶液(NaOH)中用高浓度次氯酸盐 (NaClO，约18％)氧化三价铁离子可以制得高铁酸根离子，然后向含高 铁酸盐的溶液中加入过量氢氧化钾(KOH)，将其转化成高铁酸钾(K₂FeO₄)。 虽然此法提供了一种设备成本低、快速大量制备高铁酸钾的合成途径，然 而它却存在两大缺点。首先，要获得高浓度次氯酸盐溶液，制备过程中需 要使用有毒危险气体——氯气，不仅设备腐蚀严重，而且不可避免地对环 境造成污染，高浓度含氯废液的处置也是有待解决的一个问题；第二，产 生的高铁酸根离子容易受杂质离子(如过渡金属)的影响而分解，因此该 法要求使用高纯度的试剂(近饱和的NaOH、KOH溶液)，成本相当高。

电解法是铁阳极在浓碱液中电解发生氧化反应生成高铁酸盐，再加入 KOH使之转化为K₂FeO₄作为固体沉淀下来。

阳极反应：Fe+8OH^-→FeO₄^2-+4H₂O+6e

阴极反应：2H₂O+2e→H₂+2OH^-

总反应为：Fe+2OH^-+2H₂O→FeO₄^2-+3H₂↑

及：2Fe³⁺+10OH^-→FeO₄^2-+2H₂O+3H₂↑

FeO₄^2-+2K⁺→K₂FeO₄

电解法与前2种方法相比，具有设备简单、步骤精简、杂质含量少、 几乎不产生污染等优点，值得深入研究。电解液的成分和浓度、隔膜材料、 电解时间、电解温度和电流密度等因素会影响电流效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电解制备高铁酸钾的装置，可以提高产量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种电解制备高铁酸钾 的装置，包括电解槽，其特征在于该电解槽的两端分别为恒温槽，电解槽 中部设有阴极室槽，不锈钢板作为阴极插入阴极室槽，阴极室槽两边分别 设有一个阳极室槽，铁板作为阳极插入电解槽的阳极室槽内，阴极室槽和 阳极室槽之间通过隔膜隔开。隔膜材料为2～3mm厚的聚偏氟乙烯膜，该聚 偏氟乙烯膜的微孔孔径为1～2μm。不锈钢板位于阴极室槽的中部，铁板位 于阳极室槽和恒温槽的连接处，铁板的内侧设有螺旋环绕的冷却管。

本发明的另一目的在于提供一种电解制备高铁酸钾方法，可以提高产 量。