一种高铁酸钾的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高铁酸钾固体的制备方法，属于水处理【技术领域】。该制备方法包括以下步骤：(1)以次氯酸钙和碳酸钾反应制备碱性饱和的次氯酸钾溶液；(2)冰水浴环境中，向碱性饱和次氯酸钾溶液中加入九水硝酸铁固体，生成高铁酸钾溶液；(3)向高铁酸钾溶液中加入饱和氢氧化钾溶液，冰水浴中静置，抽滤，得高铁酸钾固体粗产品；(4)用氢氧化钾溶液溶解高铁酸钾粗产品，抽滤，冰水浴中重结晶，抽滤，得重结晶后高铁酸钾固体；(5)先后用正己烷、乙醇、正戊烷、乙醇浸洗重结晶后高铁酸钾固体，真空干燥至恒重，得成品高铁酸钾粉末固体。本发明操作简单，避免了危险气体氯气和乙醚的使用，安全性高，制备的高铁酸钾纯度高(>98％)。
【专利说明】一种高铁酸钾的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理【技术领域】，具体涉及一种安全简便的水处理用高铁酸钾固体的制备方法。
【背景技术】
[0002]高铁酸钾是一种六价铁盐，具有强氧化性，是一种集氧化、絮凝、吸附、消毒等功能于一体，且反应后不产生三卤甲烷等有害物质的绿色水处理剂，具有很大的应用前景。
[0003]目前，高铁酸钾的制备方法主要分为三大类:过氧化物高温氧化法、电化学法、次氯酸盐氧化法。其中，碱性条件下，次氯酸盐氧化三价铁盐制备高铁酸钾是一种使用最多，相对成熟的方法。1950年Hrostowski和scott提出两步法制备高铁酸钾，即首先在碱性条件下，次氯酸钠氧化三氯化铁可得到高铁酸钠，然后再利用强碱条件下高铁酸钾的溶解度小于高铁酸钠的特点，将高铁酸钠转化成高铁酸钾。该方法分两步进行，操作复杂，产率较低(不超过10%)。为了简化操作，姜洪泉等将氯气通入氢氧化钾溶液中制备碱性饱和的次氯酸钾来直接氧化三价铁盐，实现一步直接制备高铁酸钾(化学氧化法制备高铁酸钾的清洁生产工艺[J]，现代化工，2001，21 (6) =31-34.) ο目前许多公开的专利(CN 1749166A，CN101597087A, CN100532261C, CN101117240A, CN102701286A, CN103265084A)大都采用碱液吸收氯气的方法来制备次氯酸钾用于氧化三价铁生成高铁酸钾。由于在生产过程中用到具有毒性和腐蚀性的危险气体氯气，因此对生产设备的气密性和耐腐蚀性要求较高,容易造成安全事故。此外,在此过程中，需加入过量的碱,使生成的氯化钾从次氯酸钾溶液中析出，以免影响后续高铁酸盐的纯度，但此过程一方面浪费过多的碱液，另一方面，氯化钾从次氯酸钾溶液中析出不完全，使得后续高铁酸钾的提纯过程比较复杂。周卫威等尝试用次氯酸钙代替氯气与氢氧化钾反应制备次氯酸钾(高铁酸钾的制备及其去除微污染水中双酚A能力的研究[J]，水处理技术，2013，39 (10):72-75.)，但此过程生成微溶性的氢氧化钙，其在次氯酸钾溶液中仍不能较好地完全分离出来。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的以上技术问题，为了避免氯气使用给高铁酸盐生产带来的潜在安全隐患，简化制备过程以及进一步提高产品纯度，本发明提供了一种安全简便的高铁酸钾制备方法，即以次氯酸钙和碳酸钾反应制备次氯酸钾溶液，加入九水硝酸铁粉末，在冰水浴条件下反应，制备高纯度的高铁酸钾固体。
[0005]本发明所提供一种安全简便的高铁酸钾制备方法的具体步骤如下:
[0006](I)按质量比1.5:1的比例，分别称取次氯酸钙与碳酸钾，并配置成等体积溶液，两者混合，反应15min后，过滤除去碳酸钙沉淀，将滤液置于冰水浴中，边搅拌，边向滤液中缓慢加入氢氧化钾固体(按照每毫升滤液中加入Ig氢氧化钾固体的比例进行)，得碱性饱和的次氯酸钾溶液；
[0007](2)冰水浴环境中，向步骤(I)所制备的碱性饱和次氯酸钾溶液中缓慢加入九水硝酸铁固体(加入量为步骤(I)中碳酸钾质量的3.9倍)，以900r/min的转速搅拌，反应60min后，生成高铁酸钾溶液；
[0008](3)向步骤(2)所制备的高铁酸钾溶液中加入等体积饱和氢氧化钾溶液，冰水浴环境中静置30min后，用G2玻璃砂芯漏斗抽滤，得高铁酸钾固体粗产品；
[0009](4)用3mo/L氢氧化钾溶液(用量按照每Ig高铁酸钾粗产品25ml氢氧化钾溶液的比例关系)溶解步骤(3)所制备的高铁酸钾粗产品，用G3玻璃砂芯漏斗抽滤，向滤液中加入饱和氢氧化钾溶液，加入量为上述3mo/L氢氧化钾溶液体积的4倍，冰水浴环境中搅拌重结晶40min，用G3玻璃砂芯漏斗抽滤，得重结晶后高铁酸钾固体；
[0010](5)先后用正己烷、乙醇、正戊烷、乙醇浸洗步骤⑷得到的重结晶后高铁酸钾固体(正己烷、正戊烷用量分别按照Ig重结晶后高铁酸钾20ml的比例使用，乙醇用量分别按照Ig重结晶后高铁酸钾5ml的比例使用)，后在60°C温度下，真空干燥至恒重，得成品高铁酸钾粉末固体，密封，保存。
[0011]本发明的科学原理:
[0012]本发明的科学原理主要基于以下两个化学反应式:
[0013]Ca (C1) 2+K2C03 = CaCO3 I +2KC10 (I)
[0014]2Fe (NO3) 3+3KC10+10K0H = 2K2Fe04+6KN03+3KCl+5H20 (2)
[0015]首先根据反应式(I)称取适量的次氯酸钙和碳酸钾配制成溶液，混合反应，过滤去除碳酸钙沉淀，滤液便是黄绿色的次氯酸钾溶液。然后将研磨成粉末的硝酸铁加入到次氯酸钾溶液中，在强碱性条件下，根据式(2)反应制备出高铁酸钾。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0017]I)本发明以Ca(ClO)2和K2CO3反应制备次氯酸钾溶液，避免了具有毒性和腐蚀性的氯气的使用，消除了危险气体氯气对生产过程带来的安全隐患、不需气密性和耐腐蚀性要求较高的生产设备，生产过程得到简化，可控性好，安全系数大幅度提高。
[0018]2)本发明以Ca(ClO)2和K2CO3反应制备次氯酸钾溶液，反应中生成的CaCO3沉淀溶度小，易于过滤去除，减少了碱液的使用，次氯酸钾溶液中杂质较少，后续高铁酸钾的氧化效率提高，杂质少，简化了后续提纯步骤，产品纯度和产率得到提高。
[0019]3)本发明交替使用正己烷、乙醇、正戊烷、乙醇方式对结晶后高铁酸盐固体进行除水、除杂质盐，避免了有毒有害气体乙醚的使用，提高了产品纯度和生产过程的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例1所制备得到的高铁酸钾固体的红外光谱图；
[0021]从图中可以看出:所制备的广品在809.54cm 1处有明显尖锐吸收峰，表明该广品为高铁酸钾。
[0022]图2为本发明实施例1所制备得到的高铁酸钾液体的紫外-可见分光光谱扫描图；
[0023]从图中可以看出:所制备产品的溶液在505nm处有高铁酸钾特征吸收峰，证明该样品确实为闻铁酸钟。
【具体实施方式】
[0024]以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
[0025]实施例1
[0026](I)分别称取次氯酸钙8.0Og与碳酸钾5.33g，并配置成等体积溶液各50ml，两者混合，反应15min后，过滤除去碳酸钙沉淀，将滤液置于冰水浴中，边搅拌，边向滤液中缓慢加入氢氧化钾固体100g，得碱性饱和的次氯酸钾溶液；
[0027](2)冰水浴环境中，向步骤(I)所制备的碱性饱和次氯酸钾溶液中缓慢加入九水硝酸铁固体20.79g，以900r/min的转速搅拌，反应60min后，生成高铁酸钾溶液；
[0028](3)向步骤⑵所制备的高铁酸钾溶液中加入10ml饱和氢氧化钾溶液，冰水浴环境中静置30min后，用G2玻璃砂芯漏斗抽滤，得高铁酸钾固体粗产品；
[0029](4)用3mo/L氢氧化钾溶液45ml溶解步骤(3)所制备的高铁酸钾粗产品，用G3玻璃砂芯漏斗抽滤，向滤液中加入饱和氢氧化钾溶液180ml，加入量为上述3mo/L氢氧化钾溶液体积的4倍，冰水浴环境中搅拌重结晶40min，用G3玻璃砂芯漏斗抽滤，得重结晶后高铁酸钾固体；
[0030](5)先后用正己烷36ml、乙醇9ml、正戊烷36ml、乙醇9ml浸洗步骤(4)得到的重结晶后高铁酸钾固体，后在60°C温度下，真空干燥至恒重，得成品高铁酸钾粉末固体，密封，保存。
[0031]实施例2
[0032](I)分别称取次氯酸钙12.0Og与碳酸钾8.00g，并配置成等体积溶液各100ml，两者混合，反应15min后，过滤除去碳酸钙沉淀，将滤液置于冰水浴中，边搅拌，边向滤液中缓慢加入氢氧化钾固体200g，得碱性饱和的次氯酸钾溶液；
[0033](2)冰水浴环境中，向步骤(I)所制备的碱性饱和次氯酸钾溶液中缓慢加入九水硝酸铁固体31.20g,以900r/min的转速搅拌，反应60min后，生成高铁酸钾溶液；
[0034](3)向步骤⑵所制备的高铁酸钾溶液中加入200ml饱和氢氧化钾溶液，冰水浴环境中静置30min后，用G2玻璃砂芯漏斗抽滤，得高铁酸钾固体粗产品；
[0035](4)用3mo/L氢氧化钾溶液75ml溶解步骤(3)所制备的高铁酸钾粗产品，用G3玻璃砂芯漏斗抽滤，向滤液中加入饱和氢氧化钾溶液300ml，加入量为上述3mo/L氢氧化钾溶液体积的4倍，冰水浴环境中搅拌重结晶40min，用G3玻璃砂芯漏斗抽滤，得重结晶后高铁酸钾固体；
[0036](5)先后用正己烷60ml、乙醇15ml、正戊烷60ml、乙醇15ml浸洗步骤(4)得到的重结晶后高铁酸钾固体，后在60°C温度下，真空干燥至恒重，得成品高铁酸钾粉末固体，密封，保存。
[0037]实施例3
[0038](I)分别称取次氯酸钙18.0Og与碳酸钾12.0Og,并配置成等体积溶液各100ml，两者混合，反应15min后，过滤除去碳酸钙沉淀，将滤液置于冰水浴中，边搅拌，边向滤液中缓慢加入氢氧化钾固体200g，得碱性饱和的次氯酸钾溶液；
[0039](2)冰水浴环境中，向步骤(I)所制备的碱性饱和次氯酸钾溶液中缓慢加入九水硝酸铁固体46.80g,以900r/min的转速搅拌，反应60min后，生成高铁酸钾溶液；
[0040](3)向步骤⑵所制备的高铁酸钾溶液中加入200ml饱和氢氧化钾溶液，冰水浴环境中静置30min后，用G2玻璃砂芯漏斗抽滤，得高铁酸钾固体粗产品；
[0041](4)用3mo/L氢氧化钾溶液10ml溶解步骤(3)所制备的高铁酸钾粗产品,用G3玻璃砂芯漏斗抽滤，向滤液中加入饱和氢氧化钾溶液400ml，加入量为上述3mo/L氢氧化钾溶液体积的4倍，冰水浴环境中搅拌重结晶40min，用G3玻璃砂芯漏斗抽滤，得重结晶后高铁酸钾固体；
[0042](5)先后用正己烷81ml、乙醇20ml、正戊烷81ml、乙醇20ml浸洗步骤⑷得到的重结晶后高铁酸钾固体，后在60°C温度下，真空干燥至恒重，得成品高铁酸钾粉末固体，密封，保存。
[0043]称取一定量的上述实施例1?3所制备的高铁酸钾样品，分别溶于一定体积的蒸馏水中，在酸性条件下Fe6+分解成Fe3+，加入盐酸羟胺将Fe3+进一步还原为Fe2+，采用邻菲罗啉分光光度法测定水中Fe2+的含量，据铁元素质量守恒，间接计算高铁酸钾的含量，继而计算所制备高铁酸钾的纯度。经上述方法定量分析可知，三种实施例所制备的高铁酸钾纯度均超过98.70%。
【权利要求】
1.一种高铁酸钾的制备方法，其特征在于，该制备方法具体步骤如下: (1)按质量比1.5:1的比例，分别称取次氯酸钙与碳酸钾，并配置成等体积溶液，两者混合，反应15min后，过滤除去碳酸钙沉淀，将滤液置于冰水浴中，按照每毫升滤液中加入lg氢氧化钾固体的比例，边搅拌滤液，边向其中缓慢加入氢氧化钾固体，得碱性饱和次氯酸钾溶液； (2)冰水浴环境中，向步骤(1)所制备的碱性饱和次氯酸钾溶液中缓慢加入九水硝酸铁固体，以900r/min的转速搅拌，反应60min后，生成高铁酸钾溶液；所述九水硝酸铁固体加入量为步骤(1)中碳酸钾质量的3.9倍； (3)向步骤(2)所制备的高铁酸钾溶液中加入等体积饱和氢氧化钾溶液，冰水浴环境中静置30min后，用G2玻璃砂芯漏斗抽滤，得高铁酸钾固体粗产品； (4)按照每lg高铁酸钾粗产品25ml氢氧化钾溶液的比例，用3mo/L氢氧化钾溶液溶解步骤(3)所制备的高铁酸钾粗产品，用G3玻璃砂芯漏斗抽滤，向滤液中加入饱和氢氧化钾溶液，加入量为上述3mo/L氢氧化钾溶液体积的4倍，冰水浴环境中搅拌重结晶40min，用G3玻璃砂芯漏斗抽滤，得重结晶后闻铁酸钟固体； (5)先后用正己烷、乙醇、正戊烷、乙醇浸洗步骤(4)得到的重结晶后高铁酸钾固体，后在60°C温度下，真空干燥至恒重，得成品高铁酸钾粉末固体。
【文档编号】C01G49/00GK104261481SQ201410491153
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】丁磊, 刘前进, 钟梅英 申请人:安徽工业大学