一种利用超声波电解制备液态高铁酸钾的方法技术

本发明专利技术公开了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)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，电流密度为50-200mA/cm2，温度为30～40℃，电解完成后，得到液态高铁酸钾。该方法具有步骤简单、操作方便、产物浓度高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及尚铁酸钟制备的
，具体涉及一种利用超声波电解制备液态尚 铁酸钾的方法。
技术介绍
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(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。 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。 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FcO]_，然后加 入氢氧化钾生成K2Fe04。 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。
技术实现思路
本专利技术提供了，步骤简单、操作方 便、产物浓度高。 -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/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。 本专利技术电解制备液态高铁酸钾的运力如下： 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。 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。 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。 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 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。 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， 电解的电流密度为100mA/cm2-200mA/cm2,电解温度控制为35°C。 电解的时间为2~4h，进一步优选为3h。 电解采用稳压电源，电压为10~12V。 最优选的，，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 ； 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； 所述的阴极采用纯镍板，所述的阳极采用铁网； 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; 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 ; 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。 -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。 与现有技术相比，具有如下优点： 本专利技术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、 产物浓度高等优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用超声波电解制备液态高铁酸钾的方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李聪，赵敬国，张可佳，张土乔，杨玉龙，董飞龙，毛欣炜，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33