一种成对电化学制备Fe³⁺和H₂的工艺方法

一种成对电化学制备Fe³⁺和H₂的工艺方法
【专利摘要】本发明提供一种成对电化学制备Fe3+和H2的工艺方法，特别是在隔离膜电化学反应器中，以含Fe2+的硫酸水溶液为阳极液，Fe2+在阳极发生氧化反应生成Fe3+；以硫酸水溶液为阴极液，H+在阴极发生还原反应得到H2；实现Fe2+氧化制备Fe3+以及联产H2的成对电化学合成。本发明的工艺方法实现了阴极和阳极同时得到目标产物的成对电化学合成，工艺过程简单，操作控制方便，过程的原子利用率高，设备投资及生产成本低，过程安全可靠，有利于大规模工业化。
【专利说明】
-种成对电化学制备Fe3+和H2的工艺方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种成对电化学制备Fe3+和也的工艺方法的工艺方法，属于无机物合 成技术领域，尤其是铁化合物合成技术领域;也属于氨气制备技术领域，尤其是氨能源制备
技术领域;也属于电化学反应工程和化工分离技术领域。
【背景技术】
[0002] 1.硫酸介质中化作为氧化剂使用的特点
[000引在酸性介质中，Fe3+和Fe2+都能够稳定存化Fe3+与Fe 2+之间可W发生反应如下：
[0004] 2 化 3+一 2Fe2++化―
[000引该反应的标准电极电但
在1 .Omol/L出S04溶液，I
。因 此，Fe3+是具有中等氧化能力的氧化剂，而Fe2+是具有中等还原能力的还原剂。Fe 3+能够将 r、也S、Fe、Cu等氧化：
[0006] 2 化 3+巧 r一 2Fe2++l2
[0007] 2 化 3++也 S 一 2Fe2++S 巧 H+
[0008] 2 化 3++Fe 一 3Fe2+
[0009] 2 化 3++化一 2Fe2++Cu2+
[0010]反应中Fe3+被还原为Fe2+，r被氧化为l2(或I3-)而使溶液呈栋褐色。Fe 3+比l2的氧化 能力强。
[0011] 因此，许多在酸性条件下为氧化剂的反应过程都可W用Fe3+氧化剂取代。例 如:在酸性吸收剂吸收脱除S〇2的过程中，用氧化剂Fe3+取代l2，Fe3+可W与吸收溶解的S〇2反 应生成也S〇4,同时Fe3+被还原为Fe2+。在酸性吸收剂吸收脱除S〇2的过程中，采用Fe 3+作为氧 化剂与12氧化剂相比，具有如下突出优点：
[0012] (l)Fe3VFe2+是硫酸水溶液中具有中等氧化能力的氧化/还原电对，Fe3+作为硫酸 介质中具有中等氧化能力的氧化剂使用具有其突出的优势，而且该氧化/还原电对也易于 实现循环使用。Fe3V化在硫酸水溶液中发生如下：
[0013] 2 化 3+一 2Fe2++化
[0014] 该反应的标准电极电位:<
，比i2/r标准电极电位
（ 略高，Fe3+比12的氧化能力强。
[0015] 而在硫酸介质中，析氧反应的反应式为：
[0016] 2 也 0一 〇2+4H++4e-
[0017] 该反应的标准电极电位巧
[001引显然，在阳极上析氧之前，先发生化到化转化的反应。
[0019 ](2) Fe3+在硫酸水溶液中的溶解度大，容易得至崎浓度的Fe3+硫酸水溶液，而12在水 溶液中溶解度很小。12的烙点为119°C，常溫下为固态，其在硫酸水溶液中的溶解度小，为了 使12呈液态，需将操作溫度提高到12的烙点W上。但是，在酸性吸收剂吸收脱除S〇2的过程 中，提高操作溫度会导致S〇2的溶解度下降。显然，必然存在S〇2溶解度和l2溶解度之间的矛 盾。为了提高12的溶解度，还可采用苯、甲苯等有机溶剂，但会导致S〇2吸收转化过程成为液- 液非均相反应过程，带来液-液分散混合和反应后液-液分散系统的分离问题，而且有机溶 剂的引入也会带来溶剂回收、系统污染等问题。
[0020] (3)Fe3+容易再生，而12的再生困难。虽然化和12都能采用电化学氧化技术实现再 生，但是由于Fe3+能溶解在溶液中，易于通过电化学法在阳极再生，可实现连续操作。r电化 学氧化再生为12的操作溫度高，12会在阳极表面沉积，导致电极失活，使电化学反应难W正 常进行，难W满足工业化生产的要求。
[0021] (4)采用Fe3+为氧化剂时，生成的含Fe2+的硫酸水溶液通过电化学阴极还原可脱除 溶液中的Fe2+，实现硫酸水溶液与Fe2+的分离;而使用12为氧化剂时，所生成的此S〇4和HI的 分离困难。脱除了化的硫酸水溶液进一步采用吸收S〇3或者蒸发脱水的方法可W制得到满 足用户要求的硫酸产品。
[0022] (5)Fe37Fe2+系统腐蚀性小而氨舰酸腐蚀性强。Fe 37Fe2+系统腐蚀性小，采用含Fe3+氧化剂的硫酸水溶液系统，设备材料的选择只需满足耐硫酸腐蚀要求。为氧化剂时，氧 化反应生成氨舰酸，氨舰酸水溶液的腐蚀性大，特别是当氨舰酸与硫酸共存W及高溫条件 下，腐蚀性极强，很难找到合适的材料W满足过程的使用要求。
[0023] (6)Fe3+作为氧化剂的体系，Fe3+可W循环使用，且循环使用过程的损失少，经济性 好;硫酸铁、硫酸亚铁性质稳定，不挥发，而且铁盐来源广、价格低、安全性好。为氧化剂 时，由于舰容易升华，工艺过程中舰的损失量大，操作困难。
[0024] 因此，研发Fe3+的循环利用工艺，特别是将硫酸水溶液中的化氧化为化的工艺， 实现Fe37Fe2+电对的循环使用，不但具有重要的应用价值和学术价值，而且具有显著的社 会效益和经济效益。
[0025] 2.氨气
[00%] 2.1氨气的性质和主要用途
[0027]氨气化y化ogen)是已知的最轻的气体，其密度只有空气的1/14,即在标准大气压， 0°c下氨气的密度为0.0899g/L。氨气在氧气中燃烧放出大量的热，是一种清洁能源;液态氨 可作火箭或导弹的高能燃料;氨气还在冶金、化学工业等领域有着广泛的应用。氨气作为燃 料具有资源丰富、燃烧发热量高和污染少的特点。因此，制氨技术一直备受关注。
[002引2.2现有制备氨气的方法
[0029] (1)可燃物转化工艺:主要有天然气蒸气转化生产氨气、石油蒸气转化、由煤和水 生产氨气等。采用可燃物转化工艺生产氨气是大规模工业制氨过程，生产的氨气主要作为 合成氨或加氨反应的原料使用。
[0030] (2)含氨化合物裂解工艺:主要有甲醇裂解、氨分解和水分解制备氨气等工艺。其 中水分解制氨主要有高溫条件下催化分解水制氨W及电解水制氨。生产的氨气主要作为 中、小规模企业生产化工产品的原料使用。
[0031] (3) W水和生物质为原料制氨：W碱性水溶液(氨氧化钟或氨氧化钢)为电解液，分 别W铁和儀作为阴极和阳极，在隔离膜电化学反应器中电解，阴极得到氨气，阳极得到氧 气；用氧化亚铜作催化剂采用紫外线照射从水中制取氨气；用钢化合物作为催化剂从水中 制取氨气;通过光催化反应和超声波照射分解水制氨;从微生物中提取的酶制氨气；W细菌 为原料制取氨气；w绿藻为原料制取氨气;利用太阳能从生物质和水中制取氨气等。
[0032] (4)其它制备氨气的方法:除了上述方法外，为了充分利用资源，可W从工业废气 中分离回收氨气;实验室制备氨气方法，采用硫酸与锋反应制备氨气;生产氨气球时采用强 碱与侣或娃反应制备氨气。
[0033] 2.3电解水制氨的特点及存在的主要问题
[0034] 显然，W水和生物质为原料制取氨气是最佳途径，主要的问题是如何合理利用能 源。
[0035] 在上述制备氨气的方法中，电解水制氨是目前W水为原料制备氨气的工业化生产 方法。该方法W碱性水溶液(氨氧化钟或氨氧化钢)为电解液，分别W铁和儀作为阴极和阳 极，在隔离膜电化学反应器中电解，阴极得到氨气，阳极得到氧气。
[0036] 电解水制备的氨气产品纯度高，可得到纯度在99.7% W上的氨气。运种高纯度的 氨气可广泛用于电子、仪器、仪表工业中的还原剂、保护气W及坡莫合金的热处理等;粉末 冶金工业中作为制鹤、钢、硬质合金等的还原剂;制取多晶娃、错等半导体的原材料;油脂加 氨;双氨内冷发电机中的冷却气等。但是，电解水制氨存在W下问题：
[0037] (1)生产成本高：因为在电解水制氨过程中只是阴极反应生成目标产物氨气，阳极 生成的氧气的用途不大，因此生产成本比较高。
[0038] (2)槽电压较高，能量消耗大：由于阳极析氧气的电位比较高，因此电解过程的操 作槽电压比较高，能量消耗大。
[0039] (3)存在安全隐患:在隔离膜电化学反应器中，阳极生成氧气，阴极生成氨气，如果 操作不当，会发生氧气和氨气的混合而存在爆炸隐患。
[0040] 电化学技术作为清洁生产技术具有广泛的应用前景，研发工艺简单、生产成本低、 经济环保的成对电化学合成工艺技术，提高过程的安全性，降低能量消耗，提高产品质量， 提高过程的原子利用率，实现阴极和阳极同时得到目标产物的成对电化学合成，不仅具有 显著的经济效益和应用价值，而且具有重要的学术意义。

【发明内容】

[0041] 为了解决现有技术存在的不足，本发明提供一种成对电化学制备Fe3+和此的工艺 方法，该方法能实现Fe2+氧化制备Fe3+W及联产出的成对电化学合成，有效地解决现有技术 存在的问题。
[0042] 本发明所采取的技术方案是:一种成对电化学制备Fe3+和出的工艺方法，是在隔离 膜电化学反应器中，W含Fe2+的硫酸水溶液为阳极液，Fe2+在阳极发生氧化反应生成化 硫酸水溶液为阴极液，H+在阴极发生还原反应得到此;实现Fe2+氧化制备Fe3+W及联产此的 成对电化学合成。
[0043] 本发明所述方法的具体步骤如下：
[0044] (1)阳极液配制:将含有Fe2+的硫酸水溶液直接作为阳极液;或者在阳极液配制设 备中，将硫酸与水混合，再溶入硫酸亚铁，得到含化的硫酸水溶液作为阳极液。
[0045] (2)阴极液配制:将硫酸水溶液直接作为阴极液，或者将硫酸与水混合得到的硫酸 水溶液作为阴极液。
[0046] (3)Fe2+氧化制备化和H+还原制备出:在隔离膜电化学反应器中，W硫酸为支持电 解质，阳极室内硫酸水溶液中的Fe2+在阳极发生电化学氧化反应生成Fe3+;阴极室内硫酸水 溶液中的H+在阴极发生电化学还原反应得到此;实现Fe2+氧化制备Fe3+W及联产出的成对电 化学合成。
[0047]进一步，第（1)步所述的硫酸水溶液中硫酸的浓度为0.2mol/L-8. Omol/L，化2+浓度 为0.2mol/l-2. Omol/L，操作溫度为20°C-60°C。
[004引进一步，第(2)步所述的硫酸水溶液中硫酸的浓度为0.2mol/L-8.0mol/LJe2+的浓 度为《0.2mol/L，操作溫度为20°C-6(rC。
[0049] 进一步，第(3)步所述的隔离膜为耐酸阳离子交换膜。
[0050] 进一步，第(3)步所述的阳极为Pb化电极、石墨电极，阳极的几何型状可W是平板、 网状和=维固定床电极或者多孔电极的任意一种。
[0051] 进一步，第(3)步所述的阴极为铁，阴极的几何型状可W是平板、网状和=维固定 床电极或者多孔电极的任意一种。
[0052] 进一步，第（3)步Fe2+氧化制备Fe3+和r还原制备出过程中，阳极操作电流密度为 10mA/cm2-300mA/cm2，操作溫度为20 °C-80 °C。
[0053] 进一步，第（3)步Fe2+氧化制备Fe3+和r还原制备出过程中，阴极操作电流密度为 10mA/cm2-600mA/cm2，操作溫度为20 °C-80 °C。
[0054] 本发明采用的技术原理：
[00对 （1 )Fe2+再生制备化3+，实现Fe3+的循环使用，同时联产出
[0056]硫酸水溶液中的Fe2+在阳极电化学氧化生成Fe3+，同时H+在阴极发生还原反应得到 出。Fe3+电化学再生同时联产出过程的反应式如下：
[0化7]阳极：2化 2+一 2Fe3++化-
[0化引阴极：2H++2e-一出
[0化9] 总反应：2化叫2H+一 2Fe3++出
[0060] (2)Fe2+易在阳极发生电化学氧化反应再生得到化
[0061] 在Fe3+再生过程中，采用电化学氧化技术，阳极室中的Fe2+在阳极发生电化学氧化 反应生成化3+，实现化37化电对的循环使用。
[0062] 2 化 2+一 2Fe3++化
[0063] 该反应的标准电极电屯
[0064] 硫酸水溶液中，析氧反应的反应式为：
[00化]2 出 0一化+4H++4e-
[0066] 该反应的标准电极电位为
[0067] 显然，在阳极析氧之前，先发生化到化转化的反应。
[0068] (3)硫酸水溶液中H+易在阴极发生电化学还原反应生成出
[0069] 阴极室中H+在阴极发生还原反应生成此，在实现Fe2+阳极氧化生成Fe3+的同时，在 阴极发生H+的电化学还原反应得到出。
[0070] 2H++2e-一出
[0071] 该反应的标准电极电位为
[0072] 显然，在硫酸水溶液中阴极上容易发生析氨反应。
[0073] (4)阳极和阴极成对电合成
[0074] 在隔离膜电化学反应器中，W硫酸为支持电解质，阳极室内硫酸水溶液中的化2+在 阳极发生氧化反应生成Fe3+;阴极室内硫酸水溶液中的r在阴极发生还原反应生成此，实现 阴极和阳极的的成对电合成。
[007引（5)硫酸水溶液中Fe3+和Fe^具有一定的稳定性和溶解度
[0076] 在硫酸水溶液中，Fe3+及化都能够稳定存在，而且具有比较大的溶解度。
[0077] 本发明采用的主要工艺技术：
[0078] (l)Fe2+阳极氧化和H+阴极还原成对电化学合成技术:在W阳离子交换膜为隔离膜 的电化学反应器中，阳极发生Fe2+电化学氧化生成化的反应，同时阴极发生r的电化学还 原反应得到出，实现双室电极的有效利用。
[0079] (2)含Fe2+硫酸水溶液中阳极上Fe2+电化学氧化再生制备Fe 3+的技术：WPb〇2为阳 极，WS〇2吸收转化过程中得到的含化的硫酸水溶液为电解液，在阳极实现化电化学氧化 再生得到化3+，由于该电极的析化过电位大，因此化氧化生成化过程的电流效率高。
[0080] (3)硫酸水溶液中铁电极上H+发生电化学还原反应制备出的技术:在隔离膜电化学 反应器中，W硫酸为支持电解质，阴极室内硫酸水溶液中的H+在阴极发生还原反应生成出。 由于阳极是化至化e3+转化，因此可W在阴极和阳极同时得到目标产物，实现双室电极的有 效利用。
[0081 ]本发明的有益效果体现在：
[0082] (1)过程及能量利用率高:采用化再生及联产出成对电化学合成技术，Fe2+在阳极 氧化得到Fe3+和H+阴极还原得到此的双极成对电化学合成技，实现Fe3+再生及联产此成对电 化学合成，双室电极得到了有效利用，过程的效率及能量利用率高。
[0083] (2)Fe2+氧化生成Fe3+过程的电流效率高：W含Fe 2+的硫酸水溶液为电解液，在阳极 实现Fe2+电化学氧化再生得到化3+，由于Fe2+电化学氧化生成Fe 3+的电极电位比出0分解生成 化的电极电位低，发生析氧的可能性极小，因此，Fe2+氧化生成化过程的电流效率高。
[0084] (3)联产的此产品纯度高，能耗低，过程安全可靠:在隔离膜电化学反应器中，W硫 酸为支持电解质，阴极室内硫酸水溶液中的H+在电极上发生还原反应生成此。与传统的电解 出0制此技术相比，由于本发明的工艺阳极无化产生，得到的出纯度高，而且避免了可能存在 的化与此混合发生爆炸的安全隐患；由于Fe2+电化学氧化生成Fe3+的电极电位比此0分解生 成化的电极电位低，因此其槽电压也比电解水制出低。本发明的工艺技术不仅此产品的纯度 高，而且能耗低，过程安全可靠。
[0085] (4)Fe37Fe2+为间接电化学氧化/还原电对:硫酸水溶液中的Fe 3+为具有中等氧化 能力的氧化剂，发生氧化反应后，Fe3+被还原为化2+。在硫酸水溶液中，Fe3+和Fe^均具有一定 的溶解度，且性质稳定。Fe2可W通过电化学氧化再生得到化3+，能够实现Fe37Fe 2+电对的循 环利用，物料和能量的利用效率高。
[0086] (5)采用铁电极为阴极，不但催化活性高，而且过程无二次污染:采用铁电极为阴 极，与系统中的物质相一致，减少了过程可能带来的污染。
[0087] (6)本发明的工艺方法实现了阴极和阳极同时得到目标产物的成对电化学合成， 工艺过程简单，操作控制方便，过程的原子利用率高，设备投资及生产成本低，过程安全可 靠，有利于大规模工业化。
【附图说明】
[0088] 图1为本发明方法步骤流程图。
[0089] 图2为本发明方法电化学反应器设备示意图。
【具体实施方式】
[0090] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0091 ]实施例一
[0092] 如图1和图2所示，一种成对电化学制备化和出的工艺方法，具体步骤如下：
[0093] (1)阳极液配制:将硫酸与水混合制得硫酸水溶液，再将硫酸亚铁溶解在该硫酸水 溶液中，制得含〇.2mol/L出S〇4及0.2mol/L化的阳极液，操作溫度为20°C。
[0094] (2)阴极液配制：将硫酸与水混合制得含0.2mol/L此S化的水溶液作为阴极液，操 作溫度为20°C。
[0095] (3)Fe2+氧化制备Fe3+和H+还原制备此:在W横酸型阳离子交换膜为隔离膜的电化 学反应器中，W硫酸为支持电解质，W平板化化电极为阳极，操作电流密度为lOmA/cm2,操作 溫度为20°C，阳极室内硫酸水溶液中的化在阳极发生电化学氧化得到化3+，反应后的阳极 液作为含氧化剂Fe3+的硫酸水溶液使用。W平板铁电极为阴极，操作电流密度为1 OmA/cm2， 操作溫度为20°C，阴极室内硫酸水溶液中的H+在阴极发生电化学还原反应生成此，实现化 氧化制备Fe3+W及联产出的成对电化学合成。
[0096] 实施例二
[0097] 如图1和图2所示，一种成对电化学制备化和出的工艺方法，具体步骤如下：
[0098] (1)阳极液配制:将含有Fe3+的硫酸水溶液与硫酸及水混合，再将硫酸亚铁溶解在 该溶液中，制得含8. Omol/L H2SO4、2. Omol/L Fe2+及Fe3+浓度《0.2mol/L的阳极液，操作溫 度为60°C。
[0099] (2)阴极液配制：将含有Fe3+和Fe2+硫酸水溶液与硫酸及水混合，制得含6 . Omol/L 出S〇4、0.02mol/L Fe2+及0.02mol/L Fe3+浓度的阴极液，操作溫度为60°C。
[0100] (3)Fe2+氧化制备Fe3+和H+还原制备此:在W横酸型阳离子交换膜为隔离膜电化学 反应器中，W硫酸为支持电解质，W网状Pb化电极为阳极，操作电流密度为300mA/cm2,操作 溫度80°C，阳极室内硫酸水溶液中的Fe2+在阳极发生电化学氧化再生得到Fe3%反应后的阳 极液作为含氧化剂Fe3+的硫酸水溶液使用。W网状铁电极为阴极，操作电流密度为600mA/ cm2,操作溫度为80°C，阴极室内硫酸水溶液中的H+在阴极发生电化学还原反应生成出，实现 化氧化制备化及联产出的成对电化学合成。
[0101] 实施例S
[0102] 如图1和图2所示，一种成对电化学制备化和出的工艺方法，具体步骤如下：
[0103] (1)阳极液配制:将含有Fe3+的硫酸水溶液与硫酸及水混合，再将硫酸亚铁溶解在 该溶液中，制得含l.Omol/L出S〇4、0.4mol/L Fe2+及0.2mol/L Fe3+的阳极液，操作溫度为40 r。
[0104] (2)阴极液配制：将含有Fe3+和Fe2+硫酸水溶液与硫酸及水混合，制得含4.0mol/L 出S化、O.Olmol/L化及0.02mol/L化的阴极液，操作溫度为40°C。
[0105] (3)Fe2+氧化制备Fe3+和H+还原制备此:在w横酸型阳离子交换膜为隔离膜电化学 反应器中，W硫酸为支持电解质，W石墨=维固定床电极为阳极，操作电流密度为100mA/ cm2,操作溫度为60°C，阳极室内硫酸水溶液中的Fe2+在阳极发生电化学氧化再生得到Fe 3+， 反应后的阳极液作为含氧化剂化的硫酸水溶液使用。W =维固定床电极铁电极为阴极，操 作电流密度为600mA/cm2,操作溫度为60°C，阴极室内硫酸水溶液中的r在阴极发生电化学 还原反应生成出，实现化氧化制备化及联产出的成对电化学合成。
[0106] 实施例四
[0107] 如图1和图2所示，一种成对电化学制备化和出的工艺方法，具体步骤如下：
[0108] (1)阳极液配制：将含有Fe2+的硫酸水溶液直接作为阳极液，其组成为2.0mol/L 出S〇4、2.0mol/L 化及O.lmol/L Fe3%操作溫度为60°C。
[0109] (2)阴极液配制：将含有Fe3+和Fe2+硫酸水溶液与硫酸及水混合，制得含4.0mol/L 出S化、O.Olmol/L化及0.02mol/L化的阴极液，操作溫度为60°C。
[0110] (3)Fe2+氧化制备Fe3+和H+还原制备此:在W横酸型阳离子交换膜为隔离膜电化学 反应器中，W硫酸为支持电解质，W石墨=维固定床电极为阳极，操作电流密度为200mA/ cm2,操作溫度为80°C，阳极室内硫酸水溶液中的Fe2+在阳极发生电化学氧化再生得到Fe 3+， 反应后的阳极液作为含氧化剂化的硫酸水溶液使用。W网状铁电极为阴极，阴极操作电流 密度为400mA/cm2,操作溫度为80°C，阴极室内硫酸水溶液中的r在阴极发生电化学还原反 应生成出，实现化氧化制备化及联产出的成对电化学合成。
[0111]实施例五
[0112] 如图1和图2所示，一种成对电化学制备化和出的工艺方法，具体步骤如下：
[0113] (1)阳极液配制:将含有Fe3+的硫酸水溶液与硫酸及水混合，再将硫酸亚铁溶解在 该溶液中，制得含4. Omol/L H2SO4、2. Omol/L Fe2+及Fe3+浓度《0.2mol/L的阳极液，操作溫 度为30°C。
[0114] (2)阴极液配制：将含有Fe3+和Fe2+硫酸水溶液与硫酸及水混合，制得含5.0mol/L 出S化、Fe3+浓度《0.02mol/L及化浓度《0.02mol/L的阴极液，操作溫度为30°C。
[0115] (3)Fe2+氧化制备Fe3+和H+还原制备此:在W横酸型阳离子交换膜为隔离膜电化学 反应器中，W硫酸为支持电解质，W网状Pb化电极为阳极，操作电流密度为lOOmA/cm2,操作 溫度为60°C，阳极室内硫酸水溶液中的化在阳极发生电化学氧化再生得到化3+，反应后的 阳极液作为含氧化剂Fe3+的硫酸水溶液使用。维多孔铁电极为阴极，操作电流密度为 500mA/cm2,操作溫度为60°C，阴极室内硫酸水溶液中的H+在阴极发生电化学还原反应生成 出，实现化氧化制备化及联产出的成对电化学合成。
[0116] 实施例六
[0117] 如图1和图2所示，一种成对电化学制备化和出的工艺方法，具体步骤如下：
[011引 （1)阳极液配制：配制含8.0mol/L此S04、2.0mol/L Fe2+的阳极液，操作溫度为40 r。
[0119] (2)阴极液配制：将含有Fe3+和Fe2+硫酸水溶液与硫酸及水混合，制得含6.0mol/L 出S〇4、0.02mol/L Fe2+及0.02mol/L Fe3+浓度的阴极液，操作溫度为40°C。
[0120] (3)Fe2+氧化制备Fe3+和H+还原制备此:在W横酸型阳离子交换膜为隔离膜电化学 反应器中，W硫酸为支持电解质，WPb化S维固定床电极为阳极，操作电流密度为200mA/ cm2,操作溫度为80°C，阳极室内硫酸水溶液中的Fe2+在阳极发生电化学氧化再生得到Fe 3+， 反应后的阳极液作为含氧化剂化的硫酸水溶液使用。W网状铁电极为阴极，操作电流密度 为400mA/cm2,操作溫度为80°C，阴极室内硫酸水溶液中的r在阴极发生电化学还原反应生 成出，实现化氧化制备化及联产出的成对电化学合成。
[0121]本发明不限于上述实施例，凡采用等同替换或等效替换形成的技术方案均属于本 发明要求保护的范围。除上述各实施例，本发明的实施方案还有很多，凡采用等同或等效替 换的技术方案，均在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种成对电化学制备Fe3lra2的工艺方法，其特征在于，特别是在隔离膜电化学反应 器中，以含Fe 2+的硫酸水溶液为阳极液，Fe2+在阳极发生氧化反应生成Fe3+;以硫酸水溶液为 阴极液，H+在阴极发生还原反应得到H 2;实现Fe2+氧化制备Fe3+以及联产出的成对电化学合 成。2. 根据权利要求1所述的一种成对电化学制备Fe3lPH2的工艺方法，其特征在于，具体 步骤如下： (1) 阳极液配制:将含有Fe2+的硫酸水溶液直接作为阳极液;或者在阳极液配制设备中， 将硫酸与水混合，再溶入硫酸亚铁，得到含Fe 2+的硫酸水溶液作为阳极液； (2) 阴极液配制:将硫酸水溶液直接作为阴极液，或者将硫酸与水混合得到的硫酸水溶 液作为阴极液； (3) Fe2+氧化制备Fe3+和H+还原制备H2:在隔离膜电化学反应器中，以硫酸为支持电解 质，阳极室内硫酸水溶液中的Fe 2+在阳极发生电化学氧化反应生成Fe3+;阴极室内硫酸水溶 液中的H+在阴极发生电化学还原反应得到H 2;实现Fe2+氧化制备Fe3+以及联产出的成对电化 学合成。3. 根据权利要求2所述的成对电化学制备Fe3lPH2的工艺方法，其特征在于:第（1)步所 述的硫酸水溶液中硫酸的浓度为〇 · 2mo 1 /L-8 · Omo 1 /L，Fe2+浓度为0 · 2mo 1 /L-2 · Omo 1 /L，操作 温度为 20°C_60°C。4. 根据权利要求2所述的成对电化学制备Fe3lPH2的工艺方法，其特征在于:第(2)步所 述的硫酸水溶液中硫酸的浓度为〇. 2mol/L-8. Om〇l/L，Fe2+浓度<0.2mol/L，操作温度为20 。(:-6(TC〇5. 根据权利要求2所述的成对电化学制备Fe3lPH2的工艺方法，其特征在于:第(3)步所 述的隔离膜为耐酸阳离子交换膜。6. 根据权利要求2所述的成对电化学制备Fe3lPH2的工艺方法，其特征在于:第(3)步所 述的阳极为Pb0 2电极、石墨电极，阳极的几何型状可以是平板、网状和三维固定床电极或者 多孔电极的任意一种。7. 根据权利要求2所述的成对电化学制备Fe3lPH2的工艺方法，其特征在于:第(3)步所 述的阴极为铁，阴极的几何型状可以是平板、网状和三维固定床电极或者多孔电极的任意 一种。8. 根据权利要求2所述的成对电化学制备Fe3^H2的工艺方法，其特征在于:第(3)步Fe 2 +氧化制备Fe3+和H+还原制备出过程中，阳极操作电流密度为10mA/Cm2-300mA/cm 2,操作温度 为 20°C_80°C。9. 根据权利要求2所述的成对电化学制备Fe3^H2的工艺方法，其特征在于:第(3)步Fe 2 +氧化制备Fe3+和H+还原制备出过程中，阴极操作电流密度为10mA/Cm2-600mA/cm 2,操作温度 为 20°C_80°C。
【文档编号】C25B1/00GK106048641SQ201610530057
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】许文林, 李宝同, 王大为, 王雅琼
【申请人】扬州大学