[发明专利]高铁酸钾的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁的化合物，更具体地说是涉及一种可作为电池材料的高铁酸钾的制备方法。

背景技术

高铁酸盐是一种由六价铁酸根与金属离子组成的盐类，其通式为M_xFeO₄。1999年，以色列科学家Licht Stuart等提出高铁酸盐可作为正极活性物质，并发明了超铁电池。高铁酸盐的制备方法主要分为化学法和电化学方法，化学法又可分为次氯酸盐氧化法、过氧化物氧化法。次氯酸盐氧化法，是使用铁盐在碱性溶液中生成氢氧化铁，再用次氯酸钠将Fe³⁺氧化成高铁酸钠，除去沉淀，加入过量的氢氧化钾，再经分离、洗涤纯化、干燥即可得产品。该法以次氯酸盐为氧化剂，容易产生有毒的氯气，而且工艺条件需严格控制，程序繁琐，无法实现工业化生产。过氧化物氧化法，该方法又称为熔融法，使将碱金属的过氧化物与铁、铁盐或氧化铁混合在500～1000℃熔融，反应生成高铁酸盐。该法反应温度较高，成本较大，干燥环境不易控制。电解氧化法，该方法是铁阳极在浓碱溶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沉淀下来。

阳极反应：Fe³⁺+8OH^-＝FeO₄^2-+4H₂O+6e

阴极反应：2H₂O+2e＝H₂+2OH^-

总反应：Fe+2OH^-+2H₂O＝2FeO₄^2-+3H₂

FeO₄^2-+2K⁺＝K₂FeO₄

该法反应过程容易控制，不需要任何化学氧化剂，是一种绿色无污染的方法。但是对电解槽和隔膜的材质要求较高，金属铁在阳极易钝化，高铁酸钠不稳定以及电流密度、电解温度、电解时间等因素都会影响电流效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的电解氧化法制备高铁酸钾方法，称为电解-电渗法制备高铁酸钾，本发明工艺简单无污染，制得的高铁酸钾产物纯度高达98％。

本发明采用的技术方案：一种高铁酸钾的制备方法，包括下列步骤：

a.制备发生在电解槽中，所述电解槽由4个槽构成，其中第4个槽为备用，第一槽和第二槽之间以多孔陶瓷膜隔开，第二槽和第三槽、第二槽和第四槽之间分别以阳离子交换膜隔开，电解槽放在恒温15～35℃的水浴锅内，将白口铸铁放入电解槽的阳极室第二槽中，镍网作为负极放入第一槽、第三槽中，电解液为14mol/L的NaOH，在阴极室中通入N₂带走氢气，并加入0.1％的KIO₄和3％的NaCl，通以6～7mA/cm²直流电进行电解制备高铁酸钠；

b.反应2～10小时后，接通第一槽和第二槽之间的电流，采用电渗法浓缩第二槽中的高铁酸钠溶液，经过一定电量后，取出第二槽中的高铁酸钠溶液，向其中加入KOH固体，在冰浴环境中搅拌溶解，静置陈化30分钟，用砂芯漏斗抽滤得到高铁酸钾粗品，将所得粗品用3mol/L的KOH溶液溶解，过滤后再将高铁酸钾溶液倒入在冰浴冷却的饱和KOH溶液中再陈化30分钟，最后抽滤、洗涤和干燥得到高纯度的高铁酸钾产品。

步骤a中通以6.5mA/cm²直流电进行电解制备高铁酸钠。

步骤b中反应8小时后，接通第一槽和第二槽之间的电流，通过电渗法浓缩第二槽中的高铁酸钠溶液。

发明的有益效果：电解电渗法制备高铁酸钾，以NaOH为电解液，白口铸铁在阳极室被电解生成Na₂FeO₄，在外加直流电场作用下，利用多孔陶瓷膜的电渗性能，使生成的Na₂FeO₄溶液浓缩，然后进一步与KOH反应得到K₂FeO₄。如图1所示，多孔陶瓷膜本身是一种聚阴离子体，在外加电场作用下，根据电动原理，阳极槽中的溶液会向阴极槽移动，并且多孔陶瓷膜可以阻隔带负电的Na₂FeO₄离子进入阴极槽，这样就使阳极槽中高铁酸钠溶液得到浓缩。本发明制备工艺简单、无污染，制得的高铁酸钾产物纯度高达98％。