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