[发明专利]一种高铁酸钾的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高铁酸钾的制备方法，属于环保材料技术领域。

背景技术

高铁酸盐在酸性溶液和碱性溶液中的标准电极电位分别如下：

FeO₄^2-+8H⁺+3e=Fe³⁺+4H₂O    E(FeO₄^2-/Fe³⁺)=2.20V

FeO₄^2-+3H₂O+3e=FeOOH+5OH^-  E(FeO₄^2-/FeOOH)=0.76V

在比较广的pH范围内是一种强氧化剂。高铁酸盐作为氧化剂，在酸性条件下的最终产物是三价铁离子，对环境友好；碱性条件下形成铁的羟基氧化物，具有强的絮凝作用，能絮凝水体中大部分的离子、有机物和悬浮物。高铁酸盐集氧化、杀菌、吸附、絮凝、助凝、脱色、除臭等功能于一体，是环境治理和保护中一种新型氧化剂。高铁酸盐作为电池的正极材料，在放电过程中涉及三个电子的还原过程，比传统碱性锌锰电池中采用的MnO₂正极材料有更高的比容量。目前还没有一种高铁酸盐制备工艺能满足环境治理对高铁酸盐使用的大批量要求，也没有能符合电池工业对高铁酸盐的高纯度要求，因此，使高铁酸盐的工业应用受到限制。

目前报道的高铁酸盐的制备方法包括高温氧化法、溶液氧化法和电解氧化法。

US4545974，US4551326，US4385045，US20050253171，US20100151049，CN1769186A等专利提出高温氧化法，使用过氧化钾(钠)、过硫酸钾、硝酸钾等作为氧化剂，铁、氧化铁等作为铁源，在500℃以上高温条件下加热氧化剂与铁源化合物的混合物生成高铁酸钾。由于固态反应存在的不均匀性，得到的高铁化合物含量较低，而且是混合物，分离困难，因此，工业应用可能性比较小。

CN101117240A，CN101318707A，CN101503216A，CN101597087A，CN101955230A，CN102161513A，CN1329182A，CN1613778A，CN1749166A，US20020121482，US20020155044，US20030146169，US20090120802，US20110036725A1,US20120175314A1等专利提出采用次氯酸盐溶液氧化法制备高铁酸盐，次氯酸盐采用碱液吸收氯气的方法制备或直接使用次氯酸盐配置，涉及的主要反应过程:

Cl₂+2OH^-==ClO^-+Cl^-+H₂O

2Fe³⁺+3ClO^-+10OH^-=2FeO₄^2-+3Cl^-+5H₂O

无论是采用氯气还是直接用次氯酸盐，氯气和次氯酸盐的运输和保管都很困难，而且反应后的含碱废液处理是一个难题。US5746994提出采用单过硫酸盐(HSO₅^-)氧化Fe³⁺制备高铁酸盐，单过硫酸盐也是一种需要特殊方法合成的化学品，缺乏广泛的来源。

电解氧化法是目前研究的比较广泛的一种方法。US4435256，US4435257，US4451338，CN101187028A，CN101525754A，CN101713078A，CN1488782A，CN1740398A，CN1900365A等提出电解氧化法，基本原理是在强碱性电解液中直流电解，含铁阳极电化学氧化成FeO₄^2-。US20030159942，US7045051等提出采用KOH和NaOH混合电解液，以实现制备高铁酸钾过程中产生的混合碱液的回用。直接电解过程的基本反应原理:

Fe+2KOH+2H₂O==K₂FeO₄+3H₂