專(zhuān)利名稱(chēng)：制備高鐵酸鉀固態(tài)粉末的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高鐵酸鹽的制備方法及裝置，具體涉及采用電化學(xué)方法制備高鐵酸鉀(KJeO4)固態(tài)粉末的方法。
背景技術(shù)：
高鐵酸鉀是一種集氧化、吸附、絮凝、助凝、殺菌、殺蟲(chóng)、出臭味于一體的新型高效多功能水處理劑。其反應(yīng)產(chǎn)物為氧化鐵或氫氧化鐵，不會(huì)引起二次污染，也不會(huì)破壞大氣臭氧層，與現(xiàn)行氯制劑凈水劑相比，高鐵酸鉀不產(chǎn)生二氯甲烷、三氯甲烷化合物，不產(chǎn)生有異味的氯酚化合物。KfeO4及其它高鐵酸鹽作為氧化劑有許多獨(dú)特的性能，對(duì)很多有機(jī)反應(yīng)具有較高的選擇性和廣泛的適應(yīng)性。KfeO4或其它高鐵酸鹽作為環(huán)保型高能超鐵電池的正極材料的研究已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注，具有巨大的開(kāi)發(fā)應(yīng)用潛力。目前高鐵酸鉀的制備有三種方法濕式氧化法(又稱(chēng)次氯酸鹽氧化法)、干式氧化法(又稱(chēng)熱融法)和電化學(xué)氧化法(又稱(chēng)電解氧化法)。由于濕式氧化法和干式氧化法制備過(guò)程復(fù)雜，涉及較多化學(xué)藥品和能量的消耗，操作過(guò)程較難控制，成本比較昂貴。電解氧化法操作簡(jiǎn)便安全，化學(xué)試劑消耗少，產(chǎn)物純凈，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。電解氧化法的基本原理是，將金屬鐵電極在苛性堿陽(yáng)極液中用直流電電解氧化生成高鐵酸鹽?，F(xiàn)有的電解法在制備高鐵酸鉀固態(tài)粉末時(shí)，存在的主要問(wèn)題是(1)、在高電流密度下陽(yáng)極容易鈍化，電流效率偏低，產(chǎn)率低。( 、設(shè)備及材料裝備要求高、投資大，成本高。(3)、工業(yè)化、規(guī)?；?、連續(xù)化及安全生產(chǎn)等流程較難控制。G)、使用脫水溶劑(環(huán)己烷或正戊烷)，使用安全管理要求高。美國(guó)專(zhuān)利US4435257提出一種用隔膜電解槽，在NaOH溶液中用直流電將鐵陽(yáng)極或 NaOH陽(yáng)極液中的三價(jià)鐵氧化成NafeO4溶液的方法。美國(guó)專(zhuān)利US44358256提出一種利用電解法所制備的NaJeO4溶液來(lái)制備KaJeO4固體的方法。中國(guó)專(zhuān)利CN97116358. 8提出一種用多級(jí)并聯(lián)的隔膜式電解槽制備含NafeO4和Al2O3復(fù)合高鐵鋁水處理絮凝劑的方法。中國(guó)專(zhuān)利CN2007100^875. 8公開(kāi)了一種在添加了 KlO4和NaCl復(fù)合添加劑的NaOH溶液中電解白口鑄鐵制備高鐵酸鈉，繼而制備高鐵酸鉀的工藝方法。電解法所制NafeO4溶液的濃度較低，只適合于現(xiàn)場(chǎng)使用而不能長(zhǎng)期保存，同時(shí)該液態(tài)產(chǎn)品其N(xiāo)aOH濃度較高，直接用作水處理劑受到限制。通常是將NafeO4與KOH發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)轉(zhuǎn)變成KfeO4而析出固體。然而這樣操作不但使工序增多、高鐵酸鹽的收率降低，而且產(chǎn)生的大量混合堿無(wú)法直接循環(huán)利用。利用NaOH和KOH混合堿作為陽(yáng)極液電解鐵陽(yáng)極直接制備KfeO4固體的方法 (Electrochem. Comm. 2002，4，764-766)，然而其所制備的 KfeO4,電流效率較低，K2FeO4 含混合堿需提純處理。中國(guó)專(zhuān)利CN101525754A提出了一種直接電合成固態(tài)KfeO4的方法通過(guò)在50 80°C含有復(fù)合添加劑的13 15. 5mol/L的KOH溶液，以0. 10 0. 42A/dm2表觀電流密度電解鐵絲網(wǎng)陽(yáng)極，直接獲得了純度為90% 95%固態(tài)Kfe04。一種在無(wú)添加劑的 14. 5mol/L的KOH溶液中直接電解鐵陽(yáng)極合成固態(tài)高鐵酸鉀的方法(Electrochem. Comm.，2005，7，607 611和河南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，38，580-584，電流密度為0. 10 0. 42A/dm2，該方法的主要問(wèn)題是在高電流密度下的電流效率偏低，需使用脫水劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在較高電流密度下直接電解出高鐵酸鉀固態(tài)粉末的方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種電解高鐵酸鉀固態(tài)粉末的電解裝置。本發(fā)明提供的是這樣一種高鐵酸鉀固態(tài)粉末的制備方法，其特征在于經(jīng)過(guò)下列步驟一種制備高鐵酸鉀固態(tài)粉末的方法，其特征在于經(jīng)過(guò)下列步驟A、在電解槽中，加入下列質(zhì)量比的混合物石蠟0 30%氫氧化鉀 70 100%;B、將步驟A的混合物加熱至熔化后，放入陽(yáng)極板于混合物中，冷卻混合物至固態(tài)， 即作為電解質(zhì)；C、在電流密度為0. 5A 20A/dm2，電解槽的槽電壓為1 10V，溫度為90 180°C 的條件下進(jìn)行電解；D、將其上生成有高鐵酸鉀的陽(yáng)極板從電解槽中取出，放入液態(tài)石蠟中，使高鐵酸鉀從陽(yáng)極板上脫離；E、將步驟D脫離的高鐵酸鉀，在常溫下離心分離，得含堿的高鐵酸鉀；F、將步驟E的高鐵酸鉀放入400 500目的過(guò)濾網(wǎng)中，在130 185°C溫度下離心分離，得高鐵酸鉀KJeO4晶體粉末。所述石蠟為市購(gòu)的工業(yè)級(jí)固態(tài)石蠟或液態(tài)石蠟。所述氫氧化鉀為市購(gòu)無(wú)水氫氧化鉀。所述步驟E分離出的石蠟回收循環(huán)使用。所述步驟F的過(guò)濾網(wǎng)采用不銹鋼網(wǎng)或鎳網(wǎng)或聚四氟乙稀網(wǎng)。所述步驟F脫出的堿回收循環(huán)使用。所述步驟F得到的高鐵酸鉀，用無(wú)水乙醇或甲醇或丙醇洗滌2 3次后，在50 80°C下干燥1 2小時(shí)，得94%以上的高鐵酸鉀。本發(fā)明提供這樣一種在較高電流密度下直接電解出高鐵酸鉀固態(tài)粉末的電解裝置，包括金屬電解槽及電極，其特征在于以金屬電解槽作為陰極，在金屬電解槽內(nèi)間隔設(shè)置縱向陽(yáng)極板，并使縱向陽(yáng)極板的下端及側(cè)端與金屬電解槽保持極間距。從而在陽(yáng)極板上獲得電離的高鐵酸鉀。所述陽(yáng)極板設(shè)為一塊，或者間隔設(shè)為并列的多塊。所述金屬電解槽采用鋼板、鐵板、鈦板或鎳板按常規(guī)制成，且金屬電解槽通過(guò)導(dǎo)線與直流電源負(fù)極相連。所述陽(yáng)極板采用含鐵量為98%以上的普通鋼板、鐵板或鐵絲網(wǎng)按常規(guī)制成，且陽(yáng)極板通過(guò)導(dǎo)線與直流電源正極相連。本發(fā)明所涉及的總反應(yīng)方程式為Fe+2K0H+02 — K2Fe04+2H2 個(gè)
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和有益效果采用上述方案，可在較高電流密度下，高效率直接電解出純度為94%以上的高鐵酸鉀KfeO4晶體粉末，避免大量混合堿副產(chǎn)品的產(chǎn)生，同時(shí)電解過(guò)程中鐵陽(yáng)極不會(huì)發(fā)生鈍化現(xiàn)象，加之不使用脫水、脫堿等有機(jī)溶劑，且所用KOH和/或石蠟可循環(huán)利用，簡(jiǎn)化了工藝流程，電解過(guò)程的直流耗電量為1. 6 2. 5kwh/(kgK2!^04)，有效降低了生產(chǎn)成本，不產(chǎn)生廢液、廢氣，不污染環(huán)境，能連續(xù)化、規(guī)?；?、工業(yè)化安全生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝流程和工藝參數(shù)容易控制，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)過(guò)程安全，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。所述電解槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需在金屬內(nèi)槽中縱向設(shè)置一塊或多塊并列的陽(yáng)極板， 即可完成較高電流密度下的電解過(guò)程，投資省，容易安裝與維護(hù)，容易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。


圖1為本發(fā)明使用的電解槽結(jié)構(gòu)圖。圖中，1為殼體，2為不銹鋼電解槽，在殼體1與電解槽2之間設(shè)保溫隔熱層8，3為陽(yáng)極板，間隔設(shè)為多塊，并列地縱向置于電解槽2中，其下端及側(cè)端與電解槽2保持極間距， 其上端通過(guò)導(dǎo)線4接直流電源5的正極，電解槽2通過(guò)導(dǎo)線6接直流電源5負(fù)極。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1采用雙層不銹鋼電解槽，其直徑為7cm2、高為IOcm2，以電解槽為陰極，在電解槽中加入KOH 150克，液體石蠟10克，加熱至170°C，使KOH熔化后，放入陽(yáng)極板，陽(yáng)極板用普通鋼板制成3. 5cmX12cm，其厚度為2mm/片，浸沒(méi)的有效表觀面積為63cm2 (3. 5cmX3cmX2 面X3片)，待KOH冷卻至陽(yáng)極板能從KOH中取出的固體狀態(tài)時(shí)通電，以IA (電流密度 1. 59A/dm2)的電流進(jìn)行恒直流電解，同時(shí)保持電解溫度為130 140°C，電解時(shí)的槽電壓為 1. 5 1. 6V，連續(xù)電解5小時(shí)，每電解10分鐘提一次陽(yáng)極板，將提出的陽(yáng)極板放入15克液態(tài)石蠟中，分離得50克含堿KfeO4 ；常溫下用常規(guī)離心機(jī)離心分離出石蠟，之后將含堿的 KfeO4放入500目的不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)中，在150 160°C下用常規(guī)離心機(jī)脫堿，然后在常溫下用無(wú)水乙醇洗滌2次，進(jìn)一步脫堿提純，得KfeO4固體5g，放入干燥箱中于80°C干燥1小時(shí)，然后密封干燥保存。所得KfeO4固體粉末用鉻酸鹽法測(cè)定其純度可達(dá)到94.5%。電解直流耗電量 1. 6kwh/(kg K2FeO4)。實(shí)施例2采用與實(shí)施例1相同的電解槽，在電解槽中加入KOH 150克，石蠟37克，加熱至 170°C，使KOH熔化后，放入陽(yáng)極板，陽(yáng)極板用普通鋼板制成3. 5cmX 12cm,其厚度為2mm/片， 浸沒(méi)的有效表觀面積為63cm2 (3. 5cmX 3cmX 2面X 3片)，待KOH冷卻至陽(yáng)極板能從KOH中取出的固體狀態(tài)時(shí)通電，以2A(電流密度3. 17A/dm2)的電流進(jìn)行恒直流電解，同時(shí)保持電解溫度為130 140°C，電解時(shí)的槽電壓為1. 7 1. 8V，連續(xù)電解5小時(shí)，每電解10分鐘提一次陽(yáng)極板，將提出的陽(yáng)極板放入18克液態(tài)石蠟中，分離得90克含堿KfeO4 ；常溫下用常規(guī)離心機(jī)離心分離出石蠟，之后將含堿的KfeO4放入400目的不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)中，在160 170°C下用常規(guī)離心機(jī)脫堿，然后在常溫下用無(wú)水乙醇洗滌2次，進(jìn)一步脫堿提純，得KJeO4 固體9g，放入干燥箱中于80°C干燥1小時(shí)，然后密封干燥保存。所得KfeO4固體粉末用鉻酸鹽法測(cè)定其純度可達(dá)到91.5%。電解直流耗電量2kwh/ (kgK2Fe04)。實(shí)施例3采用與實(shí)施例1相同的電解槽，在電解槽中加入KOH 150克，加熱至170°C，使KOH 熔化后，放入陽(yáng)極板，陽(yáng)極板用普通鋼板制成3. 5cmX 12cm，其厚度為2mm/片，浸沒(méi)的有效表觀面積為63cm2 (3. 5cmX3cmX2面X 3片)，待KOH冷卻至陽(yáng)極板能從KOH中取出的固體狀態(tài)時(shí)通電，以2A(電流密度3. 17A/dm2)的電流進(jìn)行恒直流電解，同時(shí)保持電解溫度為 130 140°C，電解時(shí)的槽電壓為1. 7 1. 8V，連續(xù)電解5小時(shí)，每電解10分鐘提一次陽(yáng)極板，將提出的陽(yáng)極板放入25克液態(tài)石蠟中，分離得70克含堿KfeO4 ；常溫下用常規(guī)離心機(jī)離心分離出石蠟，之后將含堿的KfeO4放入400目的不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)中，在160 170°C下用常規(guī)離心機(jī)脫堿，得KfeO4固體8. 5g，所得KfeO4固體粉末用鉻酸鹽法測(cè)定其純度可達(dá)到 50%。電解直流耗電量 2. 12kwh/(kg K2FeO4)。實(shí)施例4采用與實(shí)施例1相同的電解槽，在電解槽中加入KOH 150克，石蠟20克，加熱至 170°C，使KOH熔化后，放入陽(yáng)極板，陽(yáng)極板用普通鋼板制成3. 5cmX 12cm,其厚度為2mm/片， 浸沒(méi)的有效表觀面積為21cm2 (3. 5cmX 3cmX 2面X 1片)，待KOH冷卻至陽(yáng)極板能從KOH中取出的固體狀態(tài)時(shí)通電，以2A(電流密度9. 5A/dm2)的電流進(jìn)行恒直流電解，同時(shí)保持電解溫度為130 140°C，電解時(shí)的槽電壓為2. 2 2. 5V，連續(xù)電解2小時(shí)，每電解5分鐘提一次陽(yáng)極板，將提出的陽(yáng)極板放入10克液態(tài)石蠟中，分離得40克含堿KfeO4 ；常溫下用常規(guī)離心機(jī)離心分離出石蠟，之后將含堿的KfeO4放入400目的不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)中，在160 170°C 下用常規(guī)離心機(jī)脫堿，然后在常溫下用無(wú)水乙醇洗滌2次，進(jìn)一步脫堿提純，得KfeO4固體 4g，放入干燥箱中于80°C干燥1小時(shí)，然后密封干燥保存。所得KfeO4固體粉末用鉻酸鹽法測(cè)定其純度可達(dá)到93 %。電解直流耗電量2. 5kwh/ (kgK2Fe04)。實(shí)施例5采用與實(shí)施例1相同的電解槽，在電解槽中加入KOH 150克，石蠟64克，加熱至 170°C，使KOH熔化后，放入陽(yáng)極板，陽(yáng)極板用普通鋼板制成3. 5cmX 12cm,其厚度為2mm/片， 浸沒(méi)的有效表觀面積為42cm2 (3. 5cmX 3cmX 2面X 2片)，待KOH冷卻至陽(yáng)極板能從KOH中取出的固體狀態(tài)時(shí)通電，以2A(電流密度4. 76A/dm2)的電流進(jìn)行恒直流電解，同時(shí)保持電解溫度為130 140°C，電解時(shí)的槽電壓為1. 7 1. 8V，連續(xù)電解2小時(shí)，每電解5分鐘提一次陽(yáng)極板，將提出的陽(yáng)極板放入5克液態(tài)石蠟中，分離得40克含堿KfeO4 ；常溫下用常規(guī)離心機(jī)離心分離出石蠟，之后將含堿的KfeO4放入400目的不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)中，在170 185°C 下用常規(guī)離心機(jī)脫堿，然后在常溫下用無(wú)水乙醇洗滌2次，進(jìn)一步脫堿提純，得KfeO4固體 4g，放入干燥箱中于80°C干燥1小時(shí)，然后密封干燥保存。所得KfeO4固體粉末用鉻酸鹽法測(cè)定其純度可達(dá)到91 %。電解直流耗電量1. 8kwh/ (kgK2Fe04)。
權(quán)利要求
1.一種制備高鐵酸鉀固態(tài)粉末的方法，其特征在于經(jīng)過(guò)下列步驟A、在電解槽中，加入下列質(zhì)量比的混合物石蠟0 30%氫氧化鉀 70 100%;B、將步驟A的混合物加熱至熔化后，放入陽(yáng)極板于混合物中，冷卻混合物至固態(tài)，即作為電解質(zhì)；C、在電流密度為0.5A 20A/dm2，電解槽的槽電壓為1 10V，溫度為90 180°C的條件下進(jìn)行電解；D、將其上生成有高鐵酸鉀的陽(yáng)極板從電解槽中取出，放入液態(tài)石蠟中，使高鐵酸鉀從陽(yáng)極板上脫離；E、將步驟D脫離的高鐵酸鉀，在常溫下離心分離，得含堿的高鐵酸鉀；F、將步驟E的高鐵酸鉀放入400 500目的過(guò)濾網(wǎng)中，在130 185°C溫度下離心分離，得高鐵酸鉀KfeO4晶體粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的高鐵酸鉀固態(tài)粉末的制備方法，其特征在于所述石蠟為工業(yè)級(jí)固態(tài)石蠟或液態(tài)石蠟。
3.如權(quán)利要求1所述的高鐵酸鉀固態(tài)粉末的制備方法，其特征在于所述氫氧化鉀為工業(yè)級(jí)無(wú)水氫氧化鉀。
4.如權(quán)利要求1所述的高鐵酸鉀固態(tài)粉末的制備方法，其特征在于所述步驟F得到的高鐵酸鉀，用無(wú)水乙醇或甲醇或丙醇洗滌2 3次后，在50 80°C下干燥1 2小時(shí)，得 94%以上的高鐵酸鉀。
5.一種在較高電流密度下電解高鐵酸鉀固態(tài)粉末的電解裝置，包括金屬電解槽及電極，其特征在于以金屬電解槽作為陰極，在金屬電解槽內(nèi)間隔設(shè)置縱向陽(yáng)極板，并使縱向陽(yáng)極板的下端及側(cè)端與金屬電解槽保持極間距。
6.如權(quán)利要求5所述的電解裝置，其特征在于所述陽(yáng)極板設(shè)為一塊，或者設(shè)為并列的多塊。
7.如權(quán)利要求5所述的電解裝置，其特征在于所述金屬電解槽采用鋼板、鐵板、鈦板或鎳板按常規(guī)制成，且金屬電解槽通過(guò)導(dǎo)線與直流電源負(fù)極相連。
8.如權(quán)利要求5所述的電解裝置，其特征在于所述陽(yáng)極板采用含鐵量為98%以上的普通鋼板、鐵板或鐵絲網(wǎng)按常規(guī)制成，且陽(yáng)極板通過(guò)導(dǎo)線與直流電源正極相連。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備高鐵酸鉀固態(tài)粉末的方法及裝置，它包括金屬電解槽，并以金屬電解槽作為陰極，在金屬電解槽內(nèi)間隔設(shè)置縱向的陽(yáng)極板；并在所述電解槽中加入石蠟0～30％、氫氧化鉀70～100％，并使之熔化，放入陽(yáng)極，冷卻至混合物呈固態(tài)作為電解質(zhì)；在電流密度0.5A～20A/dm2，槽電壓為1～10V，溫度為90～180℃的條件下電解，之后取出陽(yáng)極放入液態(tài)石蠟中，則高鐵酸鉀從陽(yáng)極板上脫離，離心分離，得含堿的高鐵酸鉀，再放入400～500目的過(guò)濾網(wǎng)中，在130～185℃溫度下離心分離后，用無(wú)水乙醇洗滌，得純度為94％以上的高鐵酸鉀K2FeO4晶體粉末。不使用脫水等有機(jī)溶劑，電解過(guò)程的直流耗電量為1.6～2.5kwh/(kg K2FeO4)，有效降低了生產(chǎn)成本，不污染環(huán)境。
文檔編號(hào)C25B1/00GK102560520SQ20101060107
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者楚吉?jiǎng)? 蔡昆華 申請(qǐng)人:楚吉?jiǎng)? 蔡昆華