合成氧化剂的方法及其应用技术

本发明专利技术描述了新的合成高铁酸盐的方法和设备及其用途。本发明专利技术一方面涉及在使用场所附近合成高铁酸盐，另一方面涉及合成高铁酸盐的设备和方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

一般地说，本专利技术涉及高铁酸根离子的生产和应用。更具体地说，本专利技术涉及用高铁酸根离子处理含杂质的溶液的方法和系统。在缺乏更合适的还原剂的情况下，高铁酸盐会根据下面的反应式与水反应生成铁离子和分子氧(J.Gump，W.Wagner，和E.Hart，Anal.Chem.，Vol.24.，p.1497-1498(1952)。该反应在水处理方面具有特别的意义，因为其对溶液中的高铁酸盐的自除去提供了合适的机理。在所有的氧化反应中，最终的离子产物是形成氢氧化物低聚物的非毒性铁离子。最终生成絮凝物和沉淀物而除去悬浮颗粒物。因此，铁酸盐的使用提供了一种能够代替目前水，废水和淤泥处理方法的方法，该方法安全、方便、多功能，并且节约成本。在这方面，高铁酸盐是环境友好的氧化剂，其是其他氧化剂，特别是影响环境的铬酸盐和氯的可行的取代物。一般公知为铁锈的氧化铁是高铁酸盐氧化的离子产物。因此，高铁酸盐具有“环境友好”氧化剂的特征。尽管高铁酸盐的氧化反应看起来类似于公知的MnO42-和CrO42-的氧化反应，但是，高铁酸盐在其氧化反应中显示出更大的官能团选择性和更高的反应速率，并且一般反应生成更为清洁的反应产物。妨碍高铁酸盐应用的一个问题是制备方面的困难。该困难可能导致增加制备成本。而且，除成本外，目前公知的制备商用和有效的高铁酸盐产品的方法以及这些方法的结果不太令人满意。为了提供价格上具有竞争力的高铁酸盐物质，目前需要更容易且成本更低的新的合成制备工艺。三种高铁酸盐合成方法是公知的电解，在碱性熔体里氧化Fe2O3或用强氧化剂在浓缩碱性溶液里氧化Fe(III)。在实验室中，用次氯酸盐氧化强碱(NaOH)溶液里的铁(Fe(III))，高铁酸盐产物通过添加饱和KOH而沉淀(G.Thompson，L.Ockerman，和J.Schreyer，J.Am.Chem.Soc.，Vol.73，pp.1379-81(1951)得到的紫色固体在干燥时其稳定性不可靠。高铁酸盐的工业生产一般使用类似于实验室制备的合成方案，也涉及次氯酸盐反应。通常大多数情况下，使用Fe(III)的碱氧化反应，通过在氢氧化铁的苛性钠中氧化气态氯来制备高铁酸钾(K2FeO4)，该方法涉及次氯酸中间体。Johnson在美国专利5,746,994中描述了另一种制备高铁酸盐的方法。用上述方法制备高铁酸盐涉及到许多困难。例如，为使高铁酸盐产量和纯度最大化，必须确保试剂纯度的几个要求。但是，即使满足了这些要求，高铁酸钾产物的纯度依旧变化很大并且取决于许多因素，例如反应时间，温度，试剂的纯度和分离方法。这种方法制备的高铁酸盐一般含有杂质，主要的污染物是碱金属氢氧化物和氯化物以及氧化铁。然而，这种纯度的样品是不稳定的，容易完全分解成氧化铁。除产品不纯和不稳定的具体问题外，还存在与分离固体高铁酸盐产品有关的机械问题，例如过滤具有糖浆稠度的冷却碱溶液。制备高铁酸盐的其他方法是公知的并已被使用，其中的许多方法也涉及和次氯酸盐的反应。例如，Deininger的美国专利5,202,108公开了一种使用β-氧化铁(β-Fe2O3)，优选使用一水合β-氧化铁(β-Fe2O3·H2O)制备稳定的高纯度高铁酸盐(VI)的方法，其中，未使用的产品物流可以再循环到高铁酸盐反应器中，得到附加的高铁酸盐产物。Thompson的美国专利4,385,045和4,551,326公开了一种由便宜易得原料直接制备碱金属或碱土金属高铁酸盐的方法，其中产品中铁的化合价是+4或+6。该方法是使氧化铁和碱金属氧化物或过氧化物在无氧大气中反应或使单质铁和碱金属过氧化物在无氧大气中反应。Deininger等人的美国专利4,405,573公开了一种在高铁酸盐稳定化合物存在下通过氢氧化钾，氯气和铁盐的反应大量制备高铁酸钾的方法(设计为工业方法)。Kaczur等人的美国专利4,500,499公开了一种使用批量和连续操作模式，由粗高铁酸盐反应混合物得到高纯度碱金属或碱土金属高铁酸盐的方法。Mein等人的美国专利4,304,760公开了一种用含水钾盐溶液(优选磷酸盐以提高固相和水溶液中的高铁酸盐的稳定性)和无机酸在碱性PH下洗涤以从结晶高铁酸钾中选择性除去氢氧化钾的方法。Mills等人的美国专利2,758,090公开了一种制备高铁酸盐的方法，涉及和次氯酸盐的反应，还公开了稳定高铁酸盐产品以使其能用作氧化剂的方法。Harrison等人的美国专利2,835,553公开了一种使用加热步骤的方法，其中，新的具有+4化合价的碱金属高铁酸盐的制备是通过将碱金属的铁(III)和相同的或不同的碱金属的氧化物(或过氧化物)反应生成相应的高铁酸盐(IV)。Evrard等人的美国专利5,284,642公开了稳定的且工业上可用作氧化剂的碱金属或碱土金属高铁酸盐的制备，这些高铁酸盐通过氧化用于水处理。还公开了硫酸盐的稳定方法。目前需要开发经济的高铁酸盐源，以获益于高铁酸盐在各种方法中的应用。鉴于公知的制备高铁酸盐的方法存在的困难和存在于用这些公知方法制备的高铁酸盐中的问题，因此需要新的制备高铁酸盐的方法，该方法容易，方便，安全和便宜，并且既能避免化学问题又能避免机械问题。还需要能够减轻或抵消高铁酸盐的稳定性不足问题的系统和用高铁酸盐作为环境友好的氧化剂和消毒剂的系统。本专利技术还公开了一种在使用场所处理具有至少一种杂质的含水混合物的方法，其包括在靠近使用场所的反应室中连续生成高铁酸盐；使高铁酸盐和含水混合物在使用场所接触，从而至少氧化一部分杂质。本专利技术还公开了连续合成高铁酸盐的设备，其包括第一保持室；第二保持室；可控制地与第一保持室和第二保持室连接的混合室，其中加入第一保持室的物质和第二保持室的物质，形成混合物；可控制地与混合室连接的反应室，混合物在其中保持一段时间；反应室中的出口，混合物可通过该出口输送到使用场所附近。本专利技术还公开了一种连续合成高铁酸盐的系统，其包括含有铁盐的第一保持室；含有氧化剂的第二保持室；可控制地与第一保持室和第二保持室连接的混合室，其中可控制地加入铁盐和氧化剂，形成混合物；可控制地与混合室连接的反应室，混合物在其中保持一段时间，高铁酸盐在其中合成；以及反应室中的出口，高铁酸盐可通过该出口输送到使用场所附近。混合物在反应室中保持的“一段时间”可以从几秒至几小时至几天，但是可以是大于0秒的任何时间。本专利技术还公开了一种连续合成高铁酸盐的方法，其包括提供铁盐和氧化剂的混合物；连续输送至少一部分该混合物到加热室；在加热室中使该混合物升温，从而生成高铁酸盐；从加热室取出至少一部分生成的高铁酸盐；向加热室添加补充的混合物。本专利技术还公开了一种连续合成高铁酸盐的设备，其包括保持室；可控制地与保持室连接的移动机(mover)，使得至少一部分保持室中的物质被转移到该移动机中；加热室，至少移动机的一部分通过该加热室；加热室中的出口，移动机上的物质可以通过该出口输送到使用场所附近。本专利技术还公开了一种连续合成高铁酸盐的设备，其包括包括两个电极的混合室，其中两个电极提供足够的电流以将铁盐溶液转化成高铁酸盐溶液；可控制地与混合室连接的反应室，混合物在其中保持一段时间；反应室中的出口，通过该出口混合物可输送到使用场所附近。混合物在反应室中保持大于0秒的一段时间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续合成高铁酸盐的方法，其包括： ａ）在混合室中混合含有铁盐的水溶液和氧化剂； ｂ）输送至少一部分水溶液到反应室中； ｃ）在反应室中连续生成高铁酸盐； ｄ）输送至少一部分高铁酸盐到靠近反应室的使用场所；和 ｅ）添加补充的水溶液到混合室中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LE克拉姆皮，GF史密斯，B克诺贝尔，
申请(专利权)人：AB开元公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]