[发明专利]一种利用超声波电解制备液态高铁酸钾的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高铁酸钾制备的技术领域，具体涉及一种利用超声波电解制备液态高铁酸钾的方法。

背景技术

随着全球工业化高度发展，全世界对水的需求量也越来越大，从而导致对水体的污染也越来越严重。水污染已经严重影响了人们的健康和生活，水污染治理已成为世界环境治理尤为关注的问题之，由于水中难降解的有毒有害物质的增加，研究新的高效的水处理技术越来越紧迫。在过去的近一个世纪中，氯系消毒剂是水处理中主流产品，同时铝系净水剂在净化絮凝工艺中起主导。然而近年来的研究发现，氯系消毒剂在使用过程会与水中微量有机物反应。生成具有“三致”效应的多种有害物质，而长期使用铝系净水剂则可能导致老年性痴呆症等疾病。近年来，高铁酸钾是20世纪70年代以来开发的一种继臭氧、过氧化氢、二氧化氯之后的一种新型水消毒剂，可去除水中难降解的有毒有害物质，是具有杀菌、除藻、除臭作用的强氧化剂。

高铁酸盐(钠、钾)是六价铁盐，具有很强的氧化性，溶于水中能释放大量的原子氧，从而非常有效地杀灭水中的病菌和病毒。在酸性条件下，它的标准氧化还原电位(2.2V)是现今所有应用在水处理中的消毒剂中最大的。此外，在氧化过程中，高铁酸钾自身被还原成新生态的Fe(OH)₃，这是一种品质优良的无机絮凝剂，能高效地去除水中的微小的悬浮物。实验证明，由于其强烈的氧化和絮凝共同作用，高铁酸盐的消毒和除污效果，全面优于含氯消毒剂和高锰酸盐。更为重要的是它在整个对水的消毒和净化过程中，不产生任何对人体有害的物质。高铁酸盐被科学家们公认为绿色消毒剂。

高铁酸盐除了具有优异的氧化漂白、高效絮凝、优良的杀菌作用以外，它还迅速有效地去除淤泥中的臭味物质。高铁酸盐除臭主要是氧化掉诸如硫化氢(H₂S)、甲硫醇(CH₃SH)、甲基硫(CH₃)₂S)、氨气(NH₃)等恶臭物质，将其转化为安全无味的物质。

当前国内外制备高铁酸钾主要有三种方法：干式氧化法、湿式氧化法和电解法。

干式氧化法又称高温熔融氧化法，即将碱金属的过氧化物在高温高压条件下，与铁盐或铁的氧化物按一定比例熔融反应生成高铁酸钾。

湿式氧化法又称为次氯酸盐氧化法，其原理主要是在强碱性溶液中加入次氯酸钠和硝酸铁，次氯酸钠将三价铁离子氧化成二价高铁酸根离子，生成高铁酸钠，然后加入过量氢氧化钾置换，由于高铁酸钾的溶解度小于高铁酸钠，在低温下可析出高铁酸钾晶体，再经脱水、干燥制得。该过程有两大缺点：次氯酸盐的制备和分解都涉及氯气的存在，不仅会严重腐蚀设备，而且会污染工作环境，同时氯气有毒，也存在一定的安全隐患。

电解法采用高浓度氢氧化钠溶液为电解液，在阳极将低价铁氧化为然后加入氢氧化钾生成K₂FeO₄。

目前高铁酸钾制备方法主要的不足之处在于：a)制备过程中使用氯气，对设备造成腐蚀，处置高浓度含氯废液比较麻烦，不可避免的污染环境；b)高价态金属离子的存在会促进高铁酸盐的分解，不利于其稳定；c)目前的电化学方法中，阳极板易于形成钝化膜，降低电流效率；d)高铁酸钾提纯过程复杂，会使用乙醚等有机溶剂，易对实验者身体造成损伤；e)水处理实际应用过程中，需溶解固体高铁酸钾，过程繁琐。

发明内容

本发明提供了一种利用超声波电解制备液态高铁酸钾的方法，步骤简单、操作方便、产物浓度高。

一种利用超声波电解制备液态高铁酸钾的方法，采用电解装置，该电解装置包括：

超声波发生器：

置于所述超声波发生器的电解槽，所述的电解槽通过全氟离子膜分隔成阴极室和阳极室；

该方法包括以下步骤：

1)将阴极置于阴极室中，将阳极置于阳极室中，向阴极室中加入阴极电解液，向阳极室中阳极电解液；

阳极电解液中，溶剂为水，氢氧化钾的浓度为14～18mol/L，氯化钾的浓度为0.5～2mol/L；

阴极电解液中，溶剂为水，氢氧化钾的浓度为1～3mol/L，氯化钾的浓度为0.5～2mol/L；

2)电解过程中，启动超声波发生器，电解的电流密度为50mA/cm²-200mA/cm²，电解温度控制为30℃～40℃，电解完成后，得到液态高铁酸钾。

本发明电解制备液态高铁酸钾的运力如下：

阳极反应：