本发明专利技术涉及一种合成制备高铁酸钾的新方法。具体地说，是一种用掺入硅酸钠为稳定剂的ＮａＣｌＯ－ＫＯＨ溶液氧化三价铁直接合成高铁酸钾的先进方法。本发明专利技术的合成制备高铁酸钾的新方法较传统制备法的氧化效率高、反应工艺简单易控制、反应过程中无气泡产生、过滤速度快，明显提高了反应的原子效率，缩短了整个合成工序的时间，同时废碱液回收性能好，制备出的高铁酸钾纯度可达７５－８５％。本发明专利技术的高铁酸钾合成新方法切实可行，商业开发前景良好。
【技术实现步骤摘要】
一种掺杂次氯酸盐直接合成高铁酸钾的方法本专利技术所属
无机盐合成本专利技术的技术背景高铁酸钾是一种具有高氧化性的绿色化学试剂，早在一百多年前就被发现并在实验室中首次合成，由于它在水中和潮湿空气中极不稳定，一直未引起人们的重视。近几十年来，因它在水处理、消毒和化学电源方面的独特功效及对环境完全友好而引起了人们的广泛关注。作为一种新型的水处理剂，高铁酸钾是一种集氧化、消毒、吸附、絮凝、助凝、杀菌、去污为一体，既可用于改善自来水水质，又可用于污水处理领域；作为一种高效消毒剂，高铁酸钾溶液具有高效杀菌和抑菌的双重效果，且使用安全卫生；作为碱性电池的正极材料时，该电极还原反应为三电子反应，电池的电势以及比能量密度都较传统的碱性锌锰电池高，价格低廉且对环境无污染。有关高铁酸钾在上述领域的应用国内外已有大量的文献报道，高铁酸钾已经成为了公认的有着广泛应用前景的绿色化学试剂，虽然自发现以来一直有人从事实验室制备及工业化生产研究，但至今仍未形成大家认可的成熟工艺。有关高铁酸钾制备的方法主要分为3种：次氯酸盐氧化法、电解法和高温氧化法。比较上述三种方法，次氯酸盐氧化法制备工艺较为成熟，相对容易实现工业化生产，但仍存在诸如工艺复杂难控制、难过滤、反应原子效率低、废碱液回收难等问题有待解决和完善。因此，解决上述问题，研究开发具有工业化生产可能性的绿色生产工艺，具有一定的学术价值和良好的应用前景。本专利技术的
技术实现思路
本专利技术的目的是在于专利技术一种先进的合成制备高铁酸钾的方法，这种合成方法能够解决传统化学氧化法所存在的工艺过程复杂、副反应难控制、氧化效率低、气泡多、难过滤、废母液难回收等问题。根据我们的研究，我们提出用添加硅酸钠为稳定剂的NaClO-KOH溶液氧化三价铁直接合成出高铁酸钾的新方法。高铁酸钾制备的主要离子反应方程式如下：-->从上面离子反应方程式中可以看出，高活性、高浓度的次氯酸盐以及高碱度与低的氯离子浓度是高铁酸盐制备的关键，在强碱性溶液中只有K+含量较高时高铁酸钾晶体才能直接析出。同时强碱体系中的K/Na比例大小与制备过程中次氯酸盐的氧化能力、高铁酸钾晶体的析出、反应的工序、体系的粘度及过滤速度密切相关，所以控制反应体系中K/Na比例恰当对高铁酸钾制备十分重要。硅酸钠对次氯酸盐和高铁酸盐均有较好的稳定效果，次氯酸钠较次氯酸钾稳定、氧化能力强且易制备。所以本专利技术采用掺有硅酸钠的NaOH溶液通入氯气制备出的次氯酸钠作为氧化剂。同时本专利技术采用添加适量的KOH促使氯离子饱和析出制备出NaClO-KOH溶液。这不仅比加入NaOH脱除氯离子的效果好，且体系粘度小，除盐过滤的速度快；更重要的是使得氧化体系中K/Na比例恰当，此时溶液中次氯酸盐的活性高、氧化能力强，可直接制备出高铁酸钾粗品减少了一步转化工序，同时析出高铁酸钾晶体形态较好，避免了传统KClO-KOH的制备法由于高铁酸钾过早析出而过多的吸附在氢氧化铁表面，从而导致催化分解严重和过滤难。过滤慢一直是制约着高铁酸钾制备的一个难题，影响高铁酸钾过滤的主要因素有高铁酸钾的晶体形态、溶液的粘度、残留氢氧化铁含量及溶液气泡量。传统反应工艺由于溶液粘度大并产生了大量的小气泡，再加上生成的高铁酸钾颗粒晶体形态不好，即使在三价铁的氧化反应很充分，残留氢氧化铁含量很少的情况下，过滤也十分困难。此外，在漫长的过滤过程中因高铁酸盐分解导致氢氧化铁含量增加的因素，也使得过滤速度明显变慢。本专利技术制备的高铁酸钾晶体形态好、反应体系碱以KOH为主，粘度小和几乎没有生成气泡，只要保证反应很充分，残留氢氧化铁较少，过滤速度就很快，由传统的近一个小时过滤时间变为几分钟。加快过滤速度不仅节省了时间减少动力消耗更重要的是减少了制备过程中高铁酸盐的分解，提高了反应的产率。本专利技术的合成过程是这样实现的。在25～35％的氢氧化钠溶液中掺入0.1～0.5％Na2SiO3为稳定剂，再在0～20℃条件下通入足量的氯气制备出次氯酸钠溶液，使得NaClO的含量不低于20％；然后加入适量的固体KOH使氯离子有效脱除而制得，过滤得到NaClO-KOH溶液，氯离子的残余量不超过5g/L；在搅拌条件下，将适量的三价铁慢慢加入到NaClO-KOH氧化液中，充分反应后直接过滤得到纯度为15～25％高铁酸钾粗品，以上的工艺温度均需控制在35℃以下，其中三价铁源可以选择常用的铁盐(如硝酸铁、硫酸铁、氯化铁等)和各种形态活性氢氧化铁，优选对反应体系不带有害杂质及活性较高的硝酸铁或浆-->化活性氢氧化铁，；粗产品再用约2～4M KOH溶液洗涤后用等体积的12～14MKOH溶液重结晶，再依次用适量的环己烷、乙醇、乙醚提纯，最后真空干燥，得到纯度为75～85％高铁酸钾。其中浆化活性氢氧化铁的制备过程为：将三价铁盐(如硝酸铁、氯化铁、硫酸铁等)慢慢加入到浓度为20～40％NaOH溶液中生成活性水合Fe(OH)3，然后经过水洗涤后离心滤干，再用适量的浓KOH分散而得。本专利技术的优点有：(1)掺入Na2SiO3后的氢氧化钠制备出次氯酸盐浓度高且氧化能力强添加Na2SiO3对次氯酸盐制备及氧化能力的影响比较如表1所示。表1：掺硅酸钠的NaOH制备的ClO-的浓度和氧化能力与其它方法的比较(注：为80ml的30％的NaOH通氯气饱和制备的次氯酸盐) 制备次氯酸盐的碱液 掺Na2SiO3的氢氧化钠 氢氧化钠 ClO-浓度 3.032mol/L 2.931mol/L 可制备出纯高铁酸钾 11.7克 9.9克从表1可以看出在相同条件下，虽然添加少量的硅酸钠为稳定剂的氢氧化钠制备出的ClO-浓度只略有升高，但由于硅酸钠对次氯酸盐和高铁酸盐均有较好的稳定效果，减少了制备过程中副反应的发生，最后可以制备出高铁酸钾量却提高了近20％。(2)反应工艺简单易控制、氧化效率高、反应过程中气泡少、过滤速度快本专利技术采用的添加硅酸钠为稳定剂的NaClO-KOH氧化法与传统NaClO-NaOH氧化法和KClO-KOH氧化法制备工艺参数的比较如表2所述。表2：不同氧化法制备高铁酸钾的工艺参数比较(注：表中为80ml相同摩尔浓度碱通入氯气饱和制备的次氯酸盐) 工艺参数 NaClO- NaOH氧化法 KClO-KOH 氧化法 掺杂NaClO-KOH 氧化法 高铁粗品制备工序 高铁酸钾纯度 制备出的纯高铁酸钾 氯气氧化效率 粗产品过滤时间 反应后期气泡情况 两步 98％ 8.2克 21％ 40min 大量气泡 一步 72％ 7.6克 19.6％ 28min 较多气泡 一步 80％ 11.7克 30％ 3min 基本无气泡-->从表2可以看出：本专利技术采用的掺杂NaClO-KOH氧化法比传统的NaClO-NaOH氧化法少一步反应工序，比传统的KClO-KOH氧化法产品纯度高，氯气氧化效率也较传统工艺均提高了近50％，且反应过程中没有气泡产生，过滤时间由传统几十分钟变为少于5分钟。制备工序简单和过滤速度快，缩短了容易发生分解反应阶段的反应时间，大大提高反应的原子效率。由于少一步反应工序，产品纯度稍低，但用活性氢氧化铁替换硝酸铁制备出的高铁酸钾纯度可以提高到85％以上。(3)废液量少且回收性能好初次过本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高铁酸钾的新合成方法，其特征是一种用掺入硅酸钠为稳定剂的ＮａＣｌＯ－浓ＫＯＨ溶液氧化三价铁直接制备出高铁酸钾的合成方法。
【技术特征摘要】
1.一种高铁酸钾的新合成方法，其特征是一种用掺入硅酸钠为稳定剂的NaClO-浓KOH溶液氧化三价铁直接制备出高铁酸钾的合成方法。2.如权利要求1所述的掺入硅酸钠为稳定剂的NaClO溶液，其特征是采用掺有0.5-2.0％硅酸钠的NaOH配成的25-35％溶液，通入氯气饱和，制备出高浓度的掺入硅酸钠为稳定剂的NaClO溶液。3.如权利要求1所述掺入硅酸钠为稳定剂的NaClO-浓KOH溶液，其特征是掺入硅酸钠为稳定剂的NaClO溶液加入适量的固体KOH，使氯化盐饱和析出并过滤得到掺入硅酸钠为稳定剂的NaClO-浓KOH溶液。4.如权利要求1所述的三价铁，其特征是可以使用所...
【专利技术属性】
技术研发人员：万平玉，梅良和，许惠敏，刘小光，杨晓波，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：11[]
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