一种利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一个化合物的制备方法，具体涉及一种利用单线态氧原位制备高铁酸 盐的方法。
【背景技术】
[0002] 高铁酸盐作为绿色氧化剂，具有氧化、吸附、共沉、消毒、杀菌、除藻等多功能净水 特性，是一种理想的水处理剂。但由于高铁酸盐的制备条件相当苛刻，合成产品纯度不高、 产率低、杂质多，且高铁酸盐在水中或者潮湿条件下易分解，难于保存，因此限制其进行大 规模的应用。
[0003]目前，制备高铁酸盐的方法主要有三种：（1)湿式氧化法，即次氯酸盐氧化法，研 究开展的比较早，工艺技术比较成熟，合成产品的产率及纯度高，但操作步骤过于繁多，要 求控制温度接近零摄氏度，制备中耗碱量大，污染严重；(2)电化学法，又称电解法，操作简 单，原材料消耗少，但电力消耗大，副产物多，影响因素多，产率低；（3)干法，又称为熔融法 和高温过氧化法，合成产品的纯度和产率较高，但操作需要较高温度，存在爆炸的危险。
[0004] 专利US005746994A在强碱性条件下利用单过硫酸盐氧化硫酸铁制备高铁酸盐， 但该法需要冰浴，反应温度要控制在〇°C以下。专利EP19820305914利用强碱性的次氯酸钾 和铁盐制备高铁酸盐，但由于产生的高铁酸盐溶液很不稳定，该专利采用二甲亚砜、二甲基 砜，甲醇等纯化高铁酸盐。专利US5217584中利用β-氧化铁作为铁源，利用包含碘或蹄的 钠盐或钾盐作为稳定剂，利用次氯酸氧化制备高铁酸盐，反应温度18~25°C，反应时间1~ 6h。专利CN103723772A将铁盐、活化剂、碱维持剂混合均匀，加热至温度为30°C~398°C， 再将氧化剂溶液其中，制得高铁酸盐复合药剂。专利CN101497461A描述了一种在微波辐射 条件下以四氧化三铁为铁源快速制备高铁酸盐溶液的方法。
[0005] 在上述专利中未见到利用单线态氧原位制备高铁酸盐溶液的方法。
[0006] 单线态氧〇02)是一种处于激发态的分子氧，与超氧自由基（0广)、羟基自由基 (· 0H)、硫酸根自由基（SO，)等活性氧物种类似，化学性质活泼、不稳定，在自然界中广泛 存在，是化学、环境、医学等领域最长涉及的活性氧之一，具有氧化能力强、反应活性高、存 活时间短、氧化后不产生有毒有害副产物等特点，属于绿色、环境友好型氧化剂。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法，解决现有高铁 酸盐制备方法操作过程复杂，所得产物稳定性差的问题。
[0008] 本发明的一种利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法是通过以下步骤实现的： 一、将强碱和催化剂按摩尔比为1: (〇. 1~10)混合后加入到反应器中，再加入氧化剂，搅拌 均匀，得溶液；二、向步骤一的溶液中加入铁盐，搅拌均匀后，即完成所述的利用单线态氧原 位制备高铁酸盐的方法；
[0009] 其中，丙酮酸与氧化剂的摩尔比为1: (1~10);氧化剂与铁盐的摩尔比为1: (1~ 10);所述的氧化剂为过氧化物；所述的催化剂为丙酮酸。
[0010] 本发明一种利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法原理如下：首先，丙酮酸催化 过氧化物（过一硫酸盐或过碳酸盐）产生双环氧中间体；然后，双环氧中间体进一步与过 氧化物反应产生单线态氧0〇2)和丙酮酸，同时双环氧中间体也会发生自分解产生单线态 氧0〇2)和丙酮酸，生成的丙酮酸继续催化过氧化物，在反应中起到循环催化的作用；产生 的强氧化性单线态氧将铁盐氧化为高铁酸盐，达到原位制备高铁酸盐的目的。具体反应机 理见附图1。
[0011] 本发明一种利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法，具有如下优点：
[0012] (1)环境友好型氧化剂单线态氧〇02)反应活性强、氧化效率高、氧化后不产生有 毒有害副产物。
[0013] (2)丙酮酸作为生物体基本代谢的中间产物之一，是葡萄糖糖酵解的最终产物，被 广泛用于食品加工等过程，因此，丙酮酸作为催化剂，安全可靠，无毒副作用。
[0014] (3)丙酮酸能够与原位制备的高铁酸盐络合，增加高铁酸盐溶液的稳定性。
[0015] (4)绿色氧化剂过氧化物（过一硫酸盐、过碳酸盐）作为粉末状固体，化学性质稳 定，运输储存方便，价格适中，商业易得，操作简单易行，反应后不产生有毒有害副产物。
[0016] (5)该方法原位制备高铁酸盐溶液操作简单、安全，不需要冰浴及加热，在室温下 即可完成，非常适于现用现制。
【附图说明】
[0017] 图1是一种利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法反应机理图。
【具体实施方式】
[0018] 本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的 任意组合。
【具体实施方式】 [0019] 一：本实施方式为一种利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法是通 过以下步骤实现的：一、将强碱和催化剂按摩尔比为1: (〇. 1~10)混合后加入到反应器中， 再加入氧化剂，搅拌均匀，得溶液；二、向步骤一的溶液中加入铁盐，搅拌均匀，待溶液完全 变成紫黑色，即完成所述的利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法；
[0020] 其中，丙酮酸与氧化剂的摩尔比为1: (1~10);氧化剂与铁盐的摩尔比为1: (1~ 10);所述的氧化剂为过氧化物；所述的催化剂为丙酮酸。
[0021] 本实施方式一种利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法原理如下：首先，丙酮酸 催化过氧化物（过一硫酸盐或过碳酸盐）产生双环氧中间体；然后，双环氧中间体进一步与 过氧化物反应产生单线态氧0〇 2)和丙酮酸，同时双环氧中间体也会发生自分解产生单线 态氧0〇2)和丙酮酸，生成的丙酮酸继续催化过氧化物，在反应中起到循环催化的作用；产 生的强氧化性单线态氧将铁盐氧化为高铁酸盐，达到原位制备高铁酸盐的目的，同时溶液 中存在的丙酮酸又能起到络合的作用，使得高铁酸盐溶液可以稳定存在。具体反应机理见 附图1。
[0022] 本实施方式的一种利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法的优点：（1)环境友好 型氧化剂单线态氧0〇2)反应活性强、氧化效率高、氧化后不产生有毒有害副产物。（2)丙 酮酸作为生物体基本代谢的中间产物之一，是葡萄糖糖酵解的最终产物，被广泛用于食品 加工等过程，因此，丙酮酸作为催化剂，安全可靠，无毒副作用。（3)丙酮酸能够与原位制备 的高铁酸盐络合，增加高铁酸盐溶液的稳定性。（4)绿色氧化剂过氧化物（过一硫酸盐、过 碳酸盐）作为粉末状固体，化学性质稳定，运输储存方便，价格适中，商业易得，操作简单易 行，反应后不产生有毒有害副产物。（5)该方法原位制备高铁酸盐溶液操作简单、安全，不需 要冰浴及加热，在室温下即可完成，非常适于现用现制。
【具体实施方式】 [0023] 二：本实施方式与一不同的是：所述过氧化物为过一 硫酸盐、过碳酸盐中一种或几种按任意比混合的混合物。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0024] 三：本实施方式与一不同的是：过一硫酸盐为过一硫 酸钠（NaHS05)、过一硫酸钾（KHS05)、过一硫酸铵（NH4HS05)、过一硫酸钙（Ca(HS05)2)、过一 硫酸镁（Mg(HS05)2)中的一种或几种按任意比混合的混合物。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0025] 四：本实施方式与一不同的是：所述铁盐为氯化铁、 氯化亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁中的一种或几种按任意比的混合物。其它与 一相同。
【具体实施方式】 [0026] 五：本实施方式与一不同的是：步骤二中加入铁盐， 搅拌至溶液完全变成紫黑色，即完成所述的利用单线态氧原位制备高铁酸盐的方法。其它 与一相同。
【具体实施方式】 [0027] 六：本实施方式与一不同的是：强碱和催化剂摩尔比 为1: (0. 5~10)。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0028] 七：本实施方式与一不同的是：强碱和催化剂摩尔比 为1: (1~10)。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0029] 八：本实施方式与一不同的是：强碱和催化剂摩尔比 为1:(1~9)。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0030] 九：本实施方式与一不同的是：强碱和催化剂摩尔比 为1:(1~8)。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0031] 十：本实施方式与一不同的是：强碱和催化剂摩尔比 为1: (1~7)。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0032] ^^一 ：本实施方式与一不同的是：强碱和催化剂摩尔 比为1:(1~6)。其它与一相同。
【具体实施方式】 [0033] 十二：本实施方式与一不同的是：强碱和催化剂摩尔 比为1:(1~5)。其它与一相