專利名稱：制備高鐵酸鉀固態(tài)粉末的方法及裝置的制作方法
技術領域：
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方法制備高鐵酸鉀(KJeO4)固態(tài)粉末的方法。
背景技術：
高鐵酸鉀是一種集氧化、吸附、絮凝、助凝、殺菌、殺蟲、出臭味于一體的新型高效多功能水處理劑。其反應產物為氧化鐵或氫氧化鐵，不會引起二次污染，也不會破壞大氣臭氧層，與現(xiàn)行氯制劑凈水劑相比，高鐵酸鉀不產生二氯甲烷、三氯甲烷化合物，不產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特的性能，對很多有機反應具有較高的選擇性和廣泛的適應性。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得到廣泛的關注，具有巨大的開發(fā)應用潛力。目前高鐵酸鉀的制備有三種方法濕式氧化法(又稱次氯酸鹽氧化法)、干式氧化法(又稱熱融法)和電化學氧化法(又稱電解氧化法)。由于濕式氧化法和干式氧化法制備過程復雜，涉及較多化學藥品和能量的消耗，操作過程較難控制，成本比較昂貴。電解氧化法操作簡便安全，化學試劑消耗少，產物純凈，對環(huán)境無污染。電解氧化法的基本原理是，將金屬鐵電極在苛性堿陽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，存在的主要問題是(1)、在高電流密度下陽極容易鈍化，電流效率偏低，產率低。( 、設備及材料裝備要求高、投資大，成本高。(3)、工業(yè)化、規(guī)模化、連續(xù)化及安全生產等流程較難控制。G)、使用脫水溶劑(環(huán)己烷或正戊烷)，使用安全管理要求高。美國專利US4435257提出一種用隔膜電解槽，在NaOH溶液中用直流電將鐵陽極或 NaOH陽極液中的三價鐵氧化成NafeO4溶液的方法。美國專利US44358256提出一種利用電解法所制備的NaJeO4溶液來制備KaJeO4固體的方法。中國專利CN97116358. 8提出一種用多級并聯(lián)的隔膜式電解槽制備含NafeO4和Al2O3復合高鐵鋁水處理絮凝劑的方法。中國專利CN2007100^875. 8公開了一種在添加了 KlO4和NaCl復合添加劑的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)場使用而不能長期保存，同時該液態(tài)產品其NaOH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)生復分解反應轉變成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，而且產生的大量混合堿無法直接循環(huán)利用。利用NaOH和KOH混合堿作為陽極液電解鐵陽極直接制備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。中國專利CN101525754A提出了一種直接電合成固態(tài)KfeO4的方法通過在50 80°C含有復合添加劑的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)陽極，直接獲得了純度為90% 95%固態(tài)Kfe04。一種在無添加劑的 14. 5mol/L的KOH溶液中直接電解鐵陽極合成固態(tài)高鐵酸鉀的方法(Electrochem. Comm.，2005，7，607 611和河南大學學報(自然科學版)，2008，38，580-584，電流密度為0. 10 0. 42A/dm2，該方法的主要問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，其特征在于經過下列步驟一種制備高鐵酸鉀固態(tài)粉末的方法，其特征在于經過下列步驟A、在電解槽中，加入下列質量比的混合物石蠟0 30%氫氧化鉀 70 100%;B、將步驟A的混合物加熱至熔化后，放入陽極板于混合物中，冷卻混合物至固態(tài)， 即作為電解質；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 的條件下進行電解；D、將其上生成有高鐵酸鉀的陽極板從電解槽中取出，放入液態(tài)石蠟中，使高鐵酸鉀從陽極板上脫離；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。所述石蠟為市購的工業(yè)級固態(tài)石蠟或液態(tài)石蠟。所述氫氧化鉀為市購無水氫氧化鉀。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，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，在金屬電解槽內間隔設置縱向陽極板，并使縱向陽極板的下端及側端與金屬電解槽保持極間距。從而在陽極板上獲得電離的高鐵酸鉀。所述陽極板設為一塊，或者間隔設為并列的多塊。所述金屬電解槽采用鋼板、鐵板、鈦板或鎳板按常規(guī)制成，且金屬電解槽通過導線與直流電源負極相連。所述陽極板采用含鐵量為98%以上的普通鋼板、鐵板或鐵絲網(wǎng)按常規(guī)制成，且陽極板通過導線與直流電源正極相連。本發(fā)明所涉及的總反應方程式為Fe+2K0H+02 — K2Fe04+2H2 個
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點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品的產生，同時電解過程中鐵陽極不會發(fā)生鈍化現(xiàn)象，加之不使用脫水、脫堿等有機溶劑，且所用KOH和/或石蠟可循環(huán)利用，簡化了工藝流程，電解過程的直流耗電量為1. 6 2. 5kwh/(kgK2!^04)，有效降低了生產成本，不產生廢液、廢氣，不污染環(huán)境，能連續(xù)化、規(guī)?；?、工業(yè)化安全生產，生產工藝流程和工藝參數(shù)容易控制，生產操作簡便，生產過程安全，產品質量穩(wěn)定。所述電解槽結構簡單，只需在金屬內槽中縱向設置一塊或多塊并列的陽極板， 即可完成較高電流密度下的電解過程，投資省，容易安裝與維護，容易實現(xiàn)全自動控制。


圖1為本發(fā)明使用的電解槽結構圖。圖中，1為殼體，2為不銹鋼電解槽，在殼體1與電解槽2之間設保溫隔熱層8，3為陽極板，間隔設為多塊，并列地縱向置于電解槽2中，其下端及側端與電解槽2保持極間距， 其上端通過導線4接直流電源5的正極，電解槽2通過導線6接直流電源5負極。
具體實施例方式下面將結合實施例對本發(fā)明作進一步描述。實施例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，放入陽極板，陽極板用普通鋼板制成3. 5cmX12cm，其厚度為2mm/片，浸沒的有效表觀面積為63cm2 (3. 5cmX3cmX2 面X3片)，待KOH冷卻至陽極板能從KOH中取出的固體狀態(tài)時通電，以IA (電流密度 1. 59A/dm2)的電流進行恒直流電解，同時保持電解溫度為130 140°C，電解時的槽電壓為 1. 5 1. 6V，連續(xù)電解5小時，每電解10分鐘提一次陽極板，將提出的陽極板放入15克液態(tài)石蠟中，分離得50克含堿KfeO4 ；常溫下用常規(guī)離心機離心分離出石蠟，之后將含堿的 KfeO4放入500目的不銹鋼過濾網(wǎng)中，在150 160°C下用常規(guī)離心機脫堿，然后在常溫下用無水乙醇洗滌2次，進一步脫堿提純，得KfeO4固體5g，放入干燥箱中于80°C干燥1小時，然后密封干燥保存。所得KfeO4固體粉末用鉻酸鹽法測定其純度可達到94.5%。電解直流耗電量 1. 6kwh/(kg K2FeO4)。實施例2采用與實施例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，放入陽極板，陽極板用普通鋼板制成3. 5cmX 12cm,其厚度為2mm/片， 浸沒的有效表觀面積為63cm2 (3. 5cmX 3cmX 2面X 3片)，待KOH冷卻至陽極板能從KOH中取出的固體狀態(tài)時通電，以2A(電流密度3. 17A/dm2)的電流進行恒直流電解，同時保持電解溫度為130 140°C，電解時的槽電壓為1. 7 1. 8V，連續(xù)電解5小時，每電解10分鐘提一次陽極板，將提出的陽極板放入18克液態(tài)石蠟中，分離得90克含堿KfeO4 ；常溫下用常規(guī)離心機離心分離出石蠟，之后將含堿的KfeO4放入400目的不銹鋼過濾網(wǎng)中，在160 170°C下用常規(guī)離心機脫堿，然后在常溫下用無水乙醇洗滌2次，進一步脫堿提純，得KJeO4 固體9g，放入干燥箱中于80°C干燥1小時，然后密封干燥保存。所得KfeO4固體粉末用鉻酸鹽法測定其純度可達到91.5%。電解直流耗電量2kwh/ (kgK2Fe04)。實施例3采用與實施例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，放入陽極板，陽極板用普通鋼板制成3. 5cmX 12cm，其厚度為2mm/片，浸沒的有效表觀面積為63cm2 (3. 5cmX3cmX2面X 3片)，待KOH冷卻至陽極板能從KOH中取出的固體狀態(tài)時通電，以2A(電流密度3. 17A/dm2)的電流進行恒直流電解，同時保持電解溫度為 130 140°C，電解時的槽電壓為1. 7 1. 8V，連續(xù)電解5小時，每電解10分鐘提一次陽極板，將提出的陽極板放入25克液態(tài)石蠟中，分離得70克含堿KfeO4 ；常溫下用常規(guī)離心機離心分離出石蠟，之后將含堿的KfeO4放入400目的不銹鋼過濾網(wǎng)中，在160 170°C下用常規(guī)離心機脫堿，得KfeO4固體8. 5g，所得KfeO4固體粉末用鉻酸鹽法測定其純度可達到 50%。電解直流耗電量 2. 12kwh/(kg K2FeO4)。實施例4采用與實施例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，放入陽極板，陽極板用普通鋼板制成3. 5cmX 12cm,其厚度為2mm/片， 浸沒的有效表觀面積為21cm2 (3. 5cmX 3cmX 2面X 1片)，待KOH冷卻至陽極板能從KOH中取出的固體狀態(tài)時通電，以2A(電流密度9. 5A/dm2)的電流進行恒直流電解，同時保持電解溫度為130 140°C，電解時的槽電壓為2. 2 2. 5V，連續(xù)電解2小時，每電解5分鐘提一次陽極板，將提出的陽極板放入10克液態(tài)石蠟中，分離得40克含堿KfeO4 ；常溫下用常規(guī)離心機離心分離出石蠟，之后將含堿的KfeO4放入400目的不銹鋼過濾網(wǎng)中，在160 170°C 下用常規(guī)離心機脫堿，然后在常溫下用無水乙醇洗滌2次，進一步脫堿提純，得KfeO4固體 4g，放入干燥箱中于80°C干燥1小時，然后密封干燥保存。所得KfeO4固體粉末用鉻酸鹽法測定其純度可達到93 %。電解直流耗電量2. 5kwh/ (kgK2Fe04)。實施例5采用與實施例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，放入陽極板，陽極板用普通鋼板制成3. 5cmX 12cm,其厚度為2mm/片， 浸沒的有效表觀面積為42cm2 (3. 5cmX 3cmX 2面X 2片)，待KOH冷卻至陽極板能從KOH中取出的固體狀態(tài)時通電，以2A(電流密度4. 76A/dm2)的電流進行恒直流電解，同時保持電解溫度為130 140°C，電解時的槽電壓為1. 7 1. 8V，連續(xù)電解2小時，每電解5分鐘提一次陽極板，將提出的陽極板放入5克液態(tài)石蠟中，分離得40克含堿KfeO4 ；常溫下用常規(guī)離心機離心分離出石蠟，之后將含堿的KfeO4放入400目的不銹鋼過濾網(wǎng)中，在170 185°C 下用常規(guī)離心機脫堿，然后在常溫下用無水乙醇洗滌2次，進一步脫堿提純，得KfeO4固體 4g，放入干燥箱中于80°C干燥1小時，然后密封干燥保存。所得KfeO4固體粉末用鉻酸鹽法測定其純度可達到91 %。電解直流耗電量1. 8kwh/ (kgK2Fe04)。
權利要求
1.一種制備高鐵酸鉀固態(tài)粉末的方法，其特征在于經過下列步驟A、在電解槽中，加入下列質量比的混合物石蠟0 30%氫氧化鉀 70 100%;B、將步驟A的混合物加熱至熔化后，放入陽極板于混合物中，冷卻混合物至固態(tài)，即作為電解質；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的條件下進行電解；D、將其上生成有高鐵酸鉀的陽極板從電解槽中取出，放入液態(tài)石蠟中，使高鐵酸鉀從陽極板上脫離；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)級固態(tài)石蠟或液態(tài)石蠟。
3.如權利要求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)級無水氫氧化鉀。
4.如權利要求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，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，在金屬電解槽內間隔設置縱向陽極板，并使縱向陽極板的下端及側端與金屬電解槽保持極間距。
6.如權利要求5所述的電解裝置，其特征在于所述陽極板設為一塊，或者設為并列的多塊。
7.如權利要求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，且金屬電解槽通過導線與直流電源負極相連。
8.如權利要求5所述的電解裝置，其特征在于所述陽極板采用含鐵量為98%以上的普通鋼板、鐵板或鐵絲網(wǎng)按常規(guī)制成，且陽極板通過導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，在金屬電解槽內間隔設置縱向的陽極板；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，放入陽極，冷卻至混合物呈固態(tài)作為電解質；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，之后取出陽極放入液態(tài)石蠟中，則高鐵酸鉀從陽極板上脫離，離心分離，得含堿的高鐵酸鉀，再放入400～500目的過濾網(wǎng)中，在130～185℃溫度下離心分離后，用無水乙醇洗滌，得純度為94％以上的高鐵酸鉀K2FeO4晶體粉末。不使用脫水等有機溶劑，電解過程的直流耗電量為1.6～2.5kwh/(kg K2FeO4)，有效降低了生產成本，不污染環(huán)境。
文檔編號C25B1/00GK102560520SQ20101060107
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權日2010年12月23日
發(fā)明者楚吉勝, 蔡昆華 申請人:楚吉勝, 蔡昆華