[发明专利]合成氧化剂的方法及其应用

说明书

本申请是发明申请第01815244.9号(PCT/US01∥22044)的分案申请，母案的申请日为2001年7月21日，最早优先权日为2000年7月14日，发明名称为“合成氧化剂的方法及其应用”。

发明领域

一般地说，本发明涉及高铁酸根离子的生产和应用。更具体地说，本发明涉及用高铁酸根离子处理含杂质的溶液的方法和系统。

发明背景

高铁酸根离子FeO₄^2-是一种被认为与铬酸根离子CrO₄^2-和高锰酸根离子MnO₄^2-结构相同的四面体离子。高铁酸根离子被认为以四面体形式FeO₄^2-存在于含水介质中。对FeO₄^2-离子的氧化还原电势在酸性介质和碱性介质中均有评价(R.H.Wood，J.Am.Chem.Soc.，Vol.80，p.2038-2041(1957)：

FeO₄^2-+8H⁺+3e→Fe³⁺+4H₂O  E^o＝2.20V

FeO₄^2-+4H₂O+3e→Fe³⁺+8OH^- E^o＝0.72V

高铁酸盐是一种强氧化剂，能与各种无机或有机还原剂和底物反应(R.L.Bartzatt，J.Carr，Trans.Met.Chem.，Vol.11(11)，pp.414-416(1986)；T.J.Audette，J.Quail，和P.Smith，J.Tetr.，Lett.，Vol.2，pp.279-282(1971)；D.Darling，V.Kumari，和J.BeMiller，J.Tetr.Lett.，Vol.40，p.4143(1972)；和R.K.Murmann和H.J.Goff J.Am.Chem.Soc.Vol.93，p.6058-6065(1971))。因此，其能用作合成有机研究的选择性氧化剂，能够氧化/除去含水和无水介质里的各种有机和无机化合物，并且能够消除含水和无水介质里的多种污染物。

在缺乏更合适的还原剂的情况下，高铁酸盐会根据下面的反应式与水反应生成铁离子和分子氧(J.Gump，W.Wagner，和E.Hart，Anal.Chem.，Vol.24.，p.1497-1498(1952)。

4FeO₄^2-+10H₂O→4Fe³⁺+20OH^-+3O₂

该反应在水处理方面具有特别的意义，因为其对溶液中的高铁酸盐的自除去提供了合适的机理。在所有的氧化反应中，最终的离子产物是形成氢氧化物低聚物的非毒性铁离子。最终生成絮凝物和沉淀物而除去悬浮颗粒物。

因此，铁酸盐的使用提供了一种能够代替目前水，废水和淤泥处理方法的方法，该方法安全、方便、多功能，并且节约成本。在这方面，高铁酸盐是环境友好的氧化剂，其是其他氧化剂，特别是影响环境的铬酸盐和氯的可行的取代物。一般公知为铁锈的氧化铁是高铁酸盐氧化的离子产物。因此，高铁酸盐具有“环境友好”氧化剂的特征。尽管高铁酸盐的氧化反应看起来类似于公知的MnO₄^2-和CrO₄^2-的氧化反应，但是，高铁酸盐在其氧化反应中显示出更大的官能团选择性和更高的反应速率，并且一般反应生成更为清洁的反应产物。

妨碍高铁酸盐应用的一个问题是制备方面的困难。该困难可能导致增加制备成本。而且，除成本外，目前公知的制备商用和有效的高铁酸盐产品的方法以及这些方法的结果不太令人满意。为了提供价格上具有竞争力的高铁酸盐物质，目前需要更容易且成本更低的新的合成制备工艺。

三种高铁酸盐合成方法是公知的：电解，在碱性熔体里氧化Fe₂O₃或用强氧化剂在浓缩碱性溶液里氧化Fe(III)。