一种高铁酸钾的雾化制备法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环境保护水处理材料技术领域，更具体地，涉及一种高铁酸钾的雾化制备法。
【背景技术】
[0002]高铁酸钾以其具有强氧化性而在水处理领域得到广泛的关注，在水溶液中以高铁酸根Fe042_形式存在，有极强的氧化性，在酸性和碱性条件下的氧化还原电位分别为+2.20V和+0.72V。高铁酸钾具有集氧化、吸附、絮凝和助凝为一体的特点，主要用于工业废水和城市生活污水处理，也用于饮用水消毒，能快速杀灭水中的细菌和病毒。由于高铁酸钾不仅使用效果好，而且在应用过程中不会产生对人体有危害，是一种高效且无二次污染的新型水处理剂，在水处理方面显示出良好的应用前景。
[0003]高铁酸盐制备方法主要包括高温熔融法、电解法和湿法氧化法；高温熔融法只要是利用氧化剂过氧化钾、过氧化钠、过硫酸钾或硝酸钾，同时以铁或氧化铁为铁源，并在500°C以上高温条件下以融溶态反应生成高铁酸钾，CN1769186A、US4385045、US4551326、US4545974、US20050253171和US20100151049专利采用了该方法，但是这种过程反应不均匀，整个实验过程需要一直通入氮气保护，而且混合物分离难；电解法是用镍板和铁板分别作为阴极和阳极，把浓碱作为反应的电解液，进行电解。在作为反应阳极的铁板上，Fe和Fe3+被氧化为FeO 42—，最后在含有FeO42-的阳极溶液中加入浓碱Κ0Η，即有K2FeO4晶体析出，专利 US4451338、US4435257、US4435256、US7045051、US20030159942、CN1488782A、CN1740398A、CN1900365ACN101187028A, CN101525754A、CN101713078A、102560522A和CN103663563A等专利采用了该方法，但这种方法能耗大，现场运行成本高，工艺制备产率和产品纯度均不够稳定，实验过程中产生的副产物较多；湿法氧化法是在碱性溶液中加入次氯酸钠(钾)溶液，充分混合后，再加入铁源，便有高铁酸钠在溶液中生成，最后加入氢氧化钾溶液，制得高铁酸钾。专利CN1329182A、CN1613778A、CN1749166A、CN1301912C、CN101117240A、CN101318707A、CN101503216A、CN101597087A、CN101955230B、CN102161513B、 CN102701286A、 CN103193275A、 CN103265084A、 CN103145189A、US20020121482、US20020155044、US20030146169、US20090120802、US20110036725AUUS20120175314A1等专利采用了该方法。专利US5746994采用了单过硫酸盐(HSOf)氧化Fe3+制备高铁酸盐，但单过硫酸盐来源缺乏。湿法制备高铁酸钾是一种广泛使用的方法。复杂的工艺流程让湿法制备高铁酸盐对工艺条件有着严格的要求；实验过程中铁源的转化率也不高而且传统的制备次氯酸盐方法，还存在反应过程较为剧烈，原料利用不充分等缺点。
【发明内容】
[0004]本发明所用解决的技术问题是克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种新的高铁酸钾的雾化制备法。
[0005]本发明的第二个目的是提供上述方法制备得到的高铁酸钾。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的:
一种高铁酸钾的雾化制备法，将铁盐溶液和饱和的次氯酸钾溶液分别雾化，并和氯气一起通入高压反应器中，在5?35°C反应得到的晶体，经淋洗、干燥后获得高铁酸钾；所述的铁盐溶液为硝酸铁溶液、氯化铁溶液和硫酸铁。
[0007]高铁酸钾的制备通常是在碱性条件下，由次氯酸盐氧化三价铁；本发明同时是遵循上述原则的前提下，提供一种雾化制备高铁酸钾的方法，是将铁盐溶液和饱和的次氯酸钾溶液分别通过雾化器雾化后，通入氯气进行反应，反应条件温和，反应效率、产品纯度大大提尚。
[0008]申请人通过研宄发现，在雾化制备高铁酸钾的过程中，次氯酸钾溶液必须是饱和的，此时高铁酸钾产率和纯度都较高。
[0009]优选地，所述饱和的次氯酸钾溶液由以下步骤获得:S1.向氢氧化钾溶液中加入次氯酸钙，反应后抽滤并保留滤液；S2.向滤液中加入等量的SI所述的氢氧化钾溶液，得到饱和的次氯酸钾溶液。
[0010]优选地，当铁盐溶液也为饱和溶液。
[0011]更进一步地，当选用铁盐溶液为硝酸铁时，制备得到的高铁酸钾的纯度和产率都较高。
[0012]优选地，SI所述氢氧化钾的浓度不小于14M，每升氢氧化钾加入次氯酸钙的量为500 ?700go
[0013]具体地，SI所述氢氧化钾的浓度为12?16M。
[0014]本发明上述高铁酸钾的制备方法中，所述抽滤是使用800?1500目的滤布进行；所述晶体分别用正己烷、无水甲醇淋洗，后在65?75°C的环境下真空干燥3?5小时获得高铁酸钾。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
本发明提供了一种高铁酸钾的雾化制备法，是将制备高铁酸钾的原料先进行雾化，后在氯气的存在下高压反应获得，该方法原料制备简单、反应条件温和，与现有的高铁酸钾的制备方法相比，由于制备过程中主要反应物处于雾化状态，提高了反应效率的同时，也提高了产品的纯度；所制备得到的高铁酸钾纯度达到99.0%以上。
【具体实施方式】
[0016]下面通过实施例对本发明进一步具体描述。下述所使用的实验方法若无特殊说明，均为本技术领域现有常规的方法，所使用的配料或材料，如无特殊说明，均为通过商业途径可得到的配料或材料；本发明不应限制于实施例范围。
[0017]实施例1
本实施例高铁酸钾的制备包括以下步骤:
51.配制浓度为14mol/L的KOH溶液，按照每升加入550g次氯酸钙固体；充分反应后使用800目的滤布抽滤，保留滤液；
52.向滤液中加入等体积14mol/L的KOH溶液，得到饱和次氯酸钾溶液；
53.在常温下每升去离子水溶液中加入150g水合硝酸铁，并用磁力搅拌器搅拌均匀，得到饱和硝酸铁溶液； 54.将S2和S3得到的两种饱和溶液用射流式雾化器分别进行雾化，并导入高压反应器中，将氯气也同时导入高压反应器中，反应器温度保持20°C，90min，得到高铁酸钾结晶体；
55.分别用正己烷和无水甲醇淋洗高铁酸钾晶体5次，并在65°C的环境下，真空干燥3小时，得到最终产物高铁酸钾，纯度为99.2%，产品在常温避光保存时30d的分解小于0.3%。
[0018]实施例2
本实施例高铁酸钾的制备包括以下步骤:
51.配制浓度为15mol/L的KOH溶液，按照每升加入600g次氯酸钙固体；充分反应后使用1000目的滤布抽滤，保留滤液；
52.向滤液中加入等体积15mol/L的KOH溶液，得到饱和次氯酸钾溶液；
53.在常温下每升去离子水溶液中加入160g水合硝酸铁，并用磁力搅拌器搅拌均匀，得到饱和硝酸铁溶液；
54.将两种饱和溶液用非离子雾化器分别进行雾化，并导入高压反应器中，将氯气也同时导入高压反应器中，反应器温度保持25°C，90min，得到高铁酸钾结晶体；
55.分别用正己烷和无水甲醇淋洗高铁酸钾晶体4次，并在70°C的环境下，真空干燥3.5小时，得到最终产物高铁酸钾，纯度为99.4%。
[0019]对比例I
实验方法同实施例1，唯一不同的是，所用的次氯酸钾溶液不是饱和的溶液，对最终产物高铁酸钾进行检测，结果显示:反应时间90min，生成的高铁酸钾很少，在极少的高铁酸钾中，高铁酸钾纯度仅为78%，产品在常温避光保存时30d的分解大于5%。
[0020]对比例2
实验方法同实施例1，唯一不同的是，用氯化铁代替硝酸铁，对最终产物高铁酸钾进行检测，结果显示:反应时间90min，纯度为97.7%。
[0021]实验方法同实施例1，唯一不同的是，用硫酸铁代替硝酸铁，对最终产物高铁酸钾进行检测，结果显示:反应时间90min，纯度为92.4%。
[0022]对比例3
实验方法同实施例1，唯一不同的是，所用的硝酸铁溶液不是饱和的溶液，对最终产物高铁酸钾进行检测，结果显示:反应时间90min，纯度为83.6%。
[0023]对比例4
实验方法同实施例1，唯一不同的是，所用的次氯酸钾溶液和硝酸铁溶液均不是饱和的溶液，对最终产物高铁酸钾进行检测，结果显示:反应时间90min，几乎不能生成高铁酸钾。
[0024]对比例5
实验方法同实施例1，唯一不同的是，高压反应器中不通入氯气，对最终产物高铁酸钾进行检测，结果显示:反应时间90min，纯度为89.1%。
[0025]对比例6
实验方法同实施例1，唯一不同的是，高压反应器中通入O3，对最终产物高铁酸钾进行检测，结果显示:反应时间90min，纯度85.7%。
【主权项】
1.一种高铁酸钾的雾化制备法，其特征在于，将铁盐溶液和饱和的次氯酸钾溶液分别雾化，并和氯气一起通入高压反应器中，在5?35°C反应得到的晶体，经淋洗、干燥后获得高铁酸钾；所述铁盐溶液为硝酸铁溶液、氯化铁溶液和硫酸铁溶液。
2.根据权利要求1所述的雾化制备法，其特征在于，所述铁盐溶液为饱和的铁盐溶液。
3.根据权利要求1所述的雾化制备法，其特征在于，所述饱和的次氯酸钾溶液由以下步骤获得:S1.向氢氧化钾溶液中加入次氯酸钙，反应后抽滤并保留滤液；S2.向滤液中加入等量的SI所述的氢氧化钾溶液，得到饱和的次氯酸钾溶液。
4.根据权利要求3所述的雾化制备法，其特征在于，SI所述氢氧化钾的浓度不小于14M，每升氢氧化钾加入次氯酸妈的量为500?700g。
5.根据权利要求1至4任一项所述的雾化制备法，其特征在于，所述晶体分别用正己烷、无水甲醇淋洗，后在65?75°C的环境下真空干燥3?5小时获得高铁酸钾。
6.根据权利要求1至4任一项所述的雾化制备法，其特征在于，所述抽滤是使用800?1500目的滤布进行。
【专利摘要】本发明涉及环境保护水处理材料技术领域，更具体地，涉及一种高铁酸钾的雾化制备法，是将铁盐溶液和饱和的次氯酸钾溶液分别雾化，并和氯气一起通入高压反应器中，在5～35℃反应得到的晶体，经淋洗、干燥后获得高铁酸钾。该方法原料制备简单、反应条件温和，与现有的高铁酸钾的制备方法相比，由于制备过程中主要反应物处于雾化状态，提高了反应效率的同时，也提高了产品的纯度；所制备得到的高铁酸钾纯度达到99.0%以上。
【IPC分类】C01G49-00
【公开号】CN104876278
【申请号】CN201510235102
【发明人】曹刚, 黄郑郑, 罗恺, 李紫惠, 邵基伦
【申请人】暨南大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月11日