一種高鐵酸鉀的霧化制備法
【技術領域】
[0001]本發明涉及環境保護水處理材料技術領域，更具體地，涉及一種高鐵酸鉀的霧化制備法。
【背景技術】
[0002]高鐵酸鉀以其具有強氧化性而在水處理領域得到廣泛的關注，在水溶液中以高鐵酸根Fe042_形式存在，有極強的氧化性，在酸性和堿性條件下的氧化還原電位分別為+2.20V和+0.72V。高鐵酸鉀具有集氧化、吸附、絮凝和助凝為一體的特點，主要用于工業廢水和城市生活污水處理，也用于飲用水消毒，能快速殺滅水中的細菌和病毒。由于高鐵酸鉀不僅使用效果好，而且在應用過程中不會產生對人體有危害，是一種高效且無二次污染的新型水處理劑，在水處理方面顯示出良好的應用前景。
[0003]高鐵酸鹽制備方法主要包括高溫熔融法、電解法和濕法氧化法；高溫熔融法只要是利用氧化劑過氧化鉀、過氧化鈉、過硫酸鉀或硝酸鉀，同時以鐵或氧化鐵為鐵源，并在500°C以上高溫條件下以融溶態反應生成高鐵酸鉀，CN1769186A、US4385045、US4551326、US4545974、US20050253171和US20100151049專利采用了該方法，但是這種過程反應不均勻，整個實驗過程需要一直通入氮氣保護，而且混合物分離難；電解法是用鎳板和鐵板分別作為陰極和陽極，把濃堿作為反應的電解液，進行電解。在作為反應陽極的鐵板上，Fe和Fe3+被氧化為FeO 42—，最后在含有FeO42-的陽極溶液中加入濃堿Κ0Η，即有K2FeO4晶體析出，專利 US4451338、US4435257、US4435256、US7045051、US20030159942、CN1488782A、CN1740398A、CN1900365ACN101187028A, CN101525754A、CN101713078A、102560522A和CN103663563A等專利采用了該方法，但這種方法能耗大，現場運行成本高，工藝制備產率和產品純度均不夠穩定，實驗過程中產生的副產物較多；濕法氧化法是在堿性溶液中加入次氯酸鈉(鉀)溶液，充分混合后，再加入鐵源，便有高鐵酸鈉在溶液中生成，最后加入氫氧化鉀溶液，制得高鐵酸鉀。專利CN1329182A、CN1613778A、CN1749166A、CN1301912C、CN101117240A、CN101318707A、CN101503216A、CN101597087A、CN101955230B、CN102161513B、 CN102701286A、 CN103193275A、 CN103265084A、 CN103145189A、US20020121482、US20020155044、US20030146169、US20090120802、US20110036725AUUS20120175314A1等專利采用了該方法。專利US5746994采用了單過硫酸鹽(HSOf)氧化Fe3+制備高鐵酸鹽，但單過硫酸鹽來源缺乏。濕法制備高鐵酸鉀是一種廣泛使用的方法。復雜的工藝流程讓濕法制備高鐵酸鹽對工藝條件有著嚴格的要求；實驗過程中鐵源的轉化率也不高而且傳統的制備次氯酸鹽方法，還存在反應過程較為劇烈，原料利用不充分等缺點。
【發明內容】
[0004]本發明所用解決的技術問題是克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種新的高鐵酸鉀的霧化制備法。
[0005]本發明的第二個目的是提供上述方法制備得到的高鐵酸鉀。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案予以實現的:
一種高鐵酸鉀的霧化制備法，將鐵鹽溶液和飽和的次氯酸鉀溶液分別霧化，并和氯氣一起通入高壓反應器中，在5?35°C反應得到的晶體，經淋洗、干燥后獲得高鐵酸鉀；所述的鐵鹽溶液為硝酸鐵溶液、氯化鐵溶液和硫酸鐵。
[0007]高鐵酸鉀的制備通常是在堿性條件下，由次氯酸鹽氧化三價鐵；本發明同時是遵循上述原則的前提下，提供一種霧化制備高鐵酸鉀的方法，是將鐵鹽溶液和飽和的次氯酸鉀溶液分別通過霧化器霧化后，通入氯氣進行反應，反應條件溫和，反應效率、產品純度大大提尚。
[0008]申請人通過研宄發現，在霧化制備高鐵酸鉀的過程中，次氯酸鉀溶液必須是飽和的，此時高鐵酸鉀產率和純度都較高。
[0009]優選地，所述飽和的次氯酸鉀溶液由以下步驟獲得:S1.向氫氧化鉀溶液中加入次氯酸鈣，反應后抽濾并保留濾液；S2.向濾液中加入等量的SI所述的氫氧化鉀溶液，得到飽和的次氯酸鉀溶液。
[0010]優選地，當鐵鹽溶液也為飽和溶液。
[0011]更進一步地，當選用鐵鹽溶液為硝酸鐵時，制備得到的高鐵酸鉀的純度和產率都較高。
[0012]優選地，SI所述氫氧化鉀的濃度不小于14M，每升氫氧化鉀加入次氯酸鈣的量為500 ?700go
[0013]具體地，SI所述氫氧化鉀的濃度為12?16M。
[0014]本發明上述高鐵酸鉀的制備方法中，所述抽濾是使用800?1500目的濾布進行；所述晶體分別用正己烷、無水甲醇淋洗，后在65?75°C的環境下真空干燥3?5小時獲得高鐵酸鉀。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
本發明提供了一種高鐵酸鉀的霧化制備法，是將制備高鐵酸鉀的原料先進行霧化，后在氯氣的存在下高壓反應獲得，該方法原料制備簡單、反應條件溫和，與現有的高鐵酸鉀的制備方法相比，由于制備過程中主要反應物處于霧化狀態，提高了反應效率的同時，也提高了產品的純度；所制備得到的高鐵酸鉀純度達到99.0%以上。
【具體實施方式】
[0016]下面通過實施例對本發明進一步具體描述。下述所使用的實驗方法若無特殊說明，均為本技術領域現有常規的方法，所使用的配料或材料，如無特殊說明，均為通過商業途徑可得到的配料或材料；本發明不應限制于實施例范圍。
[0017]實施例1
本實施例高鐵酸鉀的制備包括以下步驟:
51.配制濃度為14mol/L的KOH溶液，按照每升加入550g次氯酸鈣固體；充分反應后使用800目的濾布抽濾，保留濾液；
52.向濾液中加入等體積14mol/L的KOH溶液，得到飽和次氯酸鉀溶液；
53.在常溫下每升去離子水溶液中加入150g水合硝酸鐵，并用磁力攪拌器攪拌均勻，得到飽和硝酸鐵溶液； 54.將S2和S3得到的兩種飽和溶液用射流式霧化器分別進行霧化，并導入高壓反應器中，將氯氣也同時導入高壓反應器中，反應器溫度保持20°C，90min，得到高鐵酸鉀結晶體；
55.分別用正己烷和無水甲醇淋洗高鐵酸鉀晶體5次，并在65°C的環境下，真空干燥3小時，得到最終產物高鐵酸鉀，純度為99.2%，產品在常溫避光保存時30d的分解小于0.3%。
[0018]實施例2
本實施例高鐵酸鉀的制備包括以下步驟:
51.配制濃度為15mol/L的KOH溶液，按照每升加入600g次氯酸鈣固體；充分反應后使用1000目的濾布抽濾，保留濾液；
52.向濾液中加入等體積15mol/L的KOH溶液，得到飽和次氯酸鉀溶液；
53.在常溫下每升去離子水溶液中加入160g水合硝酸鐵，并用磁力攪拌器攪拌均勻，得到飽和硝酸鐵溶液；
54.將兩種飽和溶液用非離子霧化器分別進行霧化，并導入高壓反應器中，將氯氣也同時導入高壓反應器中，反應器溫度保持25°C，90min，得到高鐵酸鉀結晶體；
55.分別用正己烷和無水甲醇淋洗高鐵酸鉀晶體4次，并在70°C的環境下，真空干燥3.5小時，得到最終產物高鐵酸鉀，純度為99.4%。
[0019]對比例I
實驗方法同實施例1，唯一不同的是，所用的次氯酸鉀溶液不是飽和的溶液，對最終產物高鐵酸鉀進行檢測，結果顯示:反應時間90min，生成的高鐵酸鉀很少，在極少的高鐵酸鉀中，高鐵酸鉀純度僅為78%，產品在常溫避光保存時30d的分解大于5%。
[0020]對比例2
實驗方法同實施例1，唯一不同的是，用氯化鐵代替硝酸鐵，對最終產物高鐵酸鉀進行檢測，結果顯示:反應時間90min，純度為97.7%。
[0021]實驗方法同實施例1，唯一不同的是，用硫酸鐵代替硝酸鐵，對最終產物高鐵酸鉀進行檢測，結果顯示:反應時間90min，純度為92.4%。
[0022]對比例3
實驗方法同實施例1，唯一不同的是，所用的硝酸鐵溶液不是飽和的溶液，對最終產物高鐵酸鉀進行檢測，結果顯示:反應時間90min，純度為83.6%。
[0023]對比例4
實驗方法同實施例1，唯一不同的是，所用的次氯酸鉀溶液和硝酸鐵溶液均不是飽和的溶液，對最終產物高鐵酸鉀進行檢測，結果顯示:反應時間90min，幾乎不能生成高鐵酸鉀。
[0024]對比例5
實驗方法同實施例1，唯一不同的是，高壓反應器中不通入氯氣，對最終產物高鐵酸鉀進行檢測，結果顯示:反應時間90min，純度為89.1%。
[0025]對比例6
實驗方法同實施例1，唯一不同的是，高壓反應器中通入O3，對最終產物高鐵酸鉀進行檢測，結果顯示:反應時間90min，純度85.7%。
【主權項】
1.一種高鐵酸鉀的霧化制備法，其特征在于，將鐵鹽溶液和飽和的次氯酸鉀溶液分別霧化，并和氯氣一起通入高壓反應器中，在5?35°C反應得到的晶體，經淋洗、干燥后獲得高鐵酸鉀；所述鐵鹽溶液為硝酸鐵溶液、氯化鐵溶液和硫酸鐵溶液。
2.根據權利要求1所述的霧化制備法，其特征在于，所述鐵鹽溶液為飽和的鐵鹽溶液。
3.根據權利要求1所述的霧化制備法，其特征在于，所述飽和的次氯酸鉀溶液由以下步驟獲得:S1.向氫氧化鉀溶液中加入次氯酸鈣，反應后抽濾并保留濾液；S2.向濾液中加入等量的SI所述的氫氧化鉀溶液，得到飽和的次氯酸鉀溶液。
4.根據權利要求3所述的霧化制備法，其特征在于，SI所述氫氧化鉀的濃度不小于14M，每升氫氧化鉀加入次氯酸媽的量為500?700g。
5.根據權利要求1至4任一項所述的霧化制備法，其特征在于，所述晶體分別用正己烷、無水甲醇淋洗，后在65?75°C的環境下真空干燥3?5小時獲得高鐵酸鉀。
6.根據權利要求1至4任一項所述的霧化制備法，其特征在于，所述抽濾是使用800?1500目的濾布進行。
【專利摘要】本發明涉及環境保護水處理材料技術領域，更具體地，涉及一種高鐵酸鉀的霧化制備法，是將鐵鹽溶液和飽和的次氯酸鉀溶液分別霧化，并和氯氣一起通入高壓反應器中，在5～35℃反應得到的晶體，經淋洗、干燥后獲得高鐵酸鉀。該方法原料制備簡單、反應條件溫和，與現有的高鐵酸鉀的制備方法相比，由于制備過程中主要反應物處于霧化狀態，提高了反應效率的同時，也提高了產品的純度；所制備得到的高鐵酸鉀純度達到99.0%以上。
【IPC分類】C01G49-00
【公開號】CN104876278
【申請號】CN201510235102
【發明人】曹剛, 黃鄭鄭, 羅愷, 李紫惠, 邵基倫
【申請人】暨南大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月11日