一种利用超声波电解制备液态高铁酸钾的方法

文档序号:9321294阅读:811来源:国知局
一种利用超声波电解制备液态高铁酸钾的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及尚铁酸钟制备的技术领域,具体涉及一种利用超声波电解制备液态尚 铁酸钾的方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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(0H) 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。
[0004] 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(H 2S)、甲硫醇 (CH3SH)、甲基硫(CH3)2S)、氨气(NH 3)等恶臭物质,将其转化为安全无味的物质。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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FcO]_,然后加 入氢氧化钾生成K2Fe04。
[0009] 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】

[0010] 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。
[0011] -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:
[0012] 超声波发生器:
[0013] 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;
[0014] 该方法包括以下步骤:
[0015] 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;
[0016] 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;
[0017] 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;
[0018] 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/cm 2,电解 温度控制为30°C~40°C,电解完成后,得到液态高铁酸钾。
[0019] 本发明电解制备液态高铁酸钾的运力如下:
[0024] 与之前制备方法比较,该方法具有步骤简单、操作方便、产物浓度高等优点。
[0025] 作为优选,所述的电解槽通过两块全氟离子膜分隔成一个阴极室和两个阳极室, 所述的阴极室两侧各分布有一个阳极室。即两块全氟离子膜将电解槽分隔成三部分,依次 为阳极室、阴极室和阳极室。该结构可以有效缩短电解时间,提高电解效率。
[0026] 所述的全氟离子膜的厚度为100 y m~140 y m,进一步优选,为120 y m。
[0027] 步骤1)中,作为优选,阳极电解液中,溶剂为水,氢氧化钾的浓度为16mol/L,氯化 钾的浓度为lmol/L。阴极电解液中,溶剂为水,氢氧化钾的浓度为2mol/L,氯化钾的浓度为 lmol/L 〇
[0028] 所述的阴极采用纯镍板,所述的阳极采用铁网。所述的阳极电解液中,还含有硅酸 钠稳定剂,浓度为〇. lmol/L。
[0029] 步骤2)中,作为优选,电解过程中,所述的超声波发生器的功率为500~700W,频 率为30~50kHz,进一步优选,功率为600W,频率为40kHz,
[0030] 电解的电流密度为100mA/cm2-200mA/cm2,电解温度控制为35°C。
[0031] 电解的时间为2~4h,进一步优选为3h。
[0032] 电解采用稳压电源,电压为10~12V。
[0033] 最优选的,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:
[0034] 超声波发生器:
[0035] 置于所述超声波发生器的电解槽,所述的电解槽通过两块全氟离子膜分隔成一 个阴极室和两个阳极室,所述的阴极室两侧各分布有一个阳极室,全氟离子膜的厚度为为 120 u m〇 ;
[0036] 该方法包括以下步骤:
[0037] 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;
[0038] 所述的阴极采用纯镍板,所述的阳极采用铁网;
[0039] 阳极电解液中,溶剂为水,氢氧化钾的浓度为16mol/L,氯化钾的浓度为lmol/L, 硅酸钠稳定剂,浓度为〇? lmol/L;
[0040] 阴极电解液中,溶剂为水,氢氧化钾的浓度为2mol/L,氯化钾的浓度为lmol/L ;
[0041] 2)电解过程中,启动超声波发生器,声波发生器的功率为600W,频率为40kHz,电 解采用稳压电源,电压为12V,电解的电流密度为200mA/cm 2,电解温度控制为35°C,电解3h 后,得到液态高铁酸钾。
[0042] -种液态高铁酸钾在作为饮用水消毒剂的应用,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水中的臭味物质。
[0043] 与现有技术相比,具有如下优点:
[0044] 本发明利用超声波电解制备液态高铁酸钾的方法,采用隔膜式电解槽和超声波发 生器,以不活泼的镍板作为阴极,铁网作为阳极,加入氢氧化钾溶液电解,同时加入氯化钾 溶液促进电离。中间以全氟离子膜分为阴极室和阳极室,可以阻止生成的Fe0 42向阴极移 动而被H2还原。在适当的反应电压、电流密度、温度、超声作用下,可以有效制得高铁酸钾 溶液。利用超声波的冲击作用清洗电极,可以有效破坏阳极氧化膜,从而提高电流效率;同 时超声作用可以使电解产生的气体迅速聚集、脱离电极,起到良好的脱气作用。该装置可以 有效缩短电解时间,提高电解效率。与之前制备方法比较,该方法具有步骤简单、操作方便、 产物浓度高等优点。
【附图说明】
[0045] 图1为实施例1~4中高铁酸钾生成浓度随时间变化图;
[0046] 图2为不同高铁酸钾浓度对UV254的影响图;
[0047] 图3为不同高铁酸钾浓度对细菌灭活的影响图。
【具体实施方式】
[0048] 实施例1
[0049] 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;
[0050] 配置16mo 1 /L的氢氧化钾溶液作为阳极电解液,2mo 1 /L的氢氧化钾溶液作为阴极 电解液,采用全氟离子膜,使用一个阴极室和一个阳极室。将阴极置于阴极室中,将阳极置 于阳极室中,阴极采用纯镍板,阳极采用铁网,向阴极室中加入阴极电解液,向阳极室中阳 极电解液;电解采用稳压电源,电压为12V,超声波发生器的功率为600W,频率为40kHz。在 阳极室内部设有螺旋环绕的冷却管,冷却管内通入冷水以保持电解液的温度不至于过高, 控制电解液温度为35°C,电流密度50
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