一種高鐵酸鉀的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高鐵酸鉀固體的制備方法，屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。該制備方法包括以下步驟：(1)以次氯酸鈣和碳酸鉀反應(yīng)制備堿性飽和的次氯酸鉀溶液；(2)冰水浴環(huán)境中，向堿性飽和次氯酸鉀溶液中加入九水硝酸鐵固體，生成高鐵酸鉀溶液；(3)向高鐵酸鉀溶液中加入飽和氫氧化鉀溶液，冰水浴中靜置，抽濾，得高鐵酸鉀固體粗產(chǎn)品；(4)用氫氧化鉀溶液溶解高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，抽濾，冰水浴中重結(jié)晶，抽濾，得重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體；(5)先后用正己烷、乙醇、正戊烷、乙醇浸洗重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體，真空干燥至恒重，得成品高鐵酸鉀粉末固體。本發(fā)明操作簡單，避免了危險氣體氯氣和乙醚的使用，安全性高，制備的高鐵酸鉀純度高(>98％)。
【專利說明】一種高鐵酸鉀的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種安全簡便的水處理用高鐵酸鉀固體的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]高鐵酸鉀是一種六價鐵鹽，具有強氧化性，是一種集氧化、絮凝、吸附、消毒等功能于一體，且反應(yīng)后不產(chǎn)生三鹵甲烷等有害物質(zhì)的綠色水處理劑，具有很大的應(yīng)用前景。
[0003]目前，高鐵酸鉀的制備方法主要分為三大類:過氧化物高溫氧化法、電化學(xué)法、次氯酸鹽氧化法。其中，堿性條件下，次氯酸鹽氧化三價鐵鹽制備高鐵酸鉀是一種使用最多，相對成熟的方法。1950年Hrostowski和scott提出兩步法制備高鐵酸鉀，即首先在堿性條件下，次氯酸鈉氧化三氯化鐵可得到高鐵酸鈉，然后再利用強堿條件下高鐵酸鉀的溶解度小于高鐵酸鈉的特點，將高鐵酸鈉轉(zhuǎn)化成高鐵酸鉀。該方法分兩步進行，操作復(fù)雜，產(chǎn)率較低(不超過10%)。為了簡化操作，姜洪泉等將氯氣通入氫氧化鉀溶液中制備堿性飽和的次氯酸鉀來直接氧化三價鐵鹽，實現(xiàn)一步直接制備高鐵酸鉀(化學(xué)氧化法制備高鐵酸鉀的清潔生產(chǎn)工藝[J]，現(xiàn)代化工，2001，21 (6) =31-34.) ο目前許多公開的專利(CN 1749166A，CN101597087A, CN100532261C, CN101117240A, CN102701286A, CN103265084A)大都采用堿液吸收氯氣的方法來制備次氯酸鉀用于氧化三價鐵生成高鐵酸鉀。由于在生產(chǎn)過程中用到具有毒性和腐蝕性的危險氣體氯氣，因此對生產(chǎn)設(shè)備的氣密性和耐腐蝕性要求較高,容易造成安全事故。此外,在此過程中，需加入過量的堿,使生成的氯化鉀從次氯酸鉀溶液中析出，以免影響后續(xù)高鐵酸鹽的純度，但此過程一方面浪費過多的堿液，另一方面，氯化鉀從次氯酸鉀溶液中析出不完全，使得后續(xù)高鐵酸鉀的提純過程比較復(fù)雜。周衛(wèi)威等嘗試用次氯酸鈣代替氯氣與氫氧化鉀反應(yīng)制備次氯酸鉀(高鐵酸鉀的制備及其去除微污染水中雙酚A能力的研究[J]，水處理技術(shù)，2013，39 (10):72-75.)，但此過程生成微溶性的氫氧化鈣，其在次氯酸鉀溶液中仍不能較好地完全分離出來。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的以上技術(shù)問題，為了避免氯氣使用給高鐵酸鹽生產(chǎn)帶來的潛在安全隱患，簡化制備過程以及進一步提高產(chǎn)品純度，本發(fā)明提供了一種安全簡便的高鐵酸鉀制備方法，即以次氯酸鈣和碳酸鉀反應(yīng)制備次氯酸鉀溶液，加入九水硝酸鐵粉末，在冰水浴條件下反應(yīng)，制備高純度的高鐵酸鉀固體。
[0005]本發(fā)明所提供一種安全簡便的高鐵酸鉀制備方法的具體步驟如下:
[0006](I)按質(zhì)量比1.5:1的比例，分別稱取次氯酸鈣與碳酸鉀，并配置成等體積溶液，兩者混合，反應(yīng)15min后，過濾除去碳酸鈣沉淀，將濾液置于冰水浴中，邊攪拌，邊向濾液中緩慢加入氫氧化鉀固體(按照每毫升濾液中加入Ig氫氧化鉀固體的比例進行)，得堿性飽和的次氯酸鉀溶液；
[0007](2)冰水浴環(huán)境中，向步驟(I)所制備的堿性飽和次氯酸鉀溶液中緩慢加入九水硝酸鐵固體(加入量為步驟(I)中碳酸鉀質(zhì)量的3.9倍)，以900r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，反應(yīng)60min后，生成高鐵酸鉀溶液；
[0008](3)向步驟(2)所制備的高鐵酸鉀溶液中加入等體積飽和氫氧化鉀溶液，冰水浴環(huán)境中靜置30min后，用G2玻璃砂芯漏斗抽濾，得高鐵酸鉀固體粗產(chǎn)品；
[0009](4)用3mo/L氫氧化鉀溶液(用量按照每Ig高鐵酸鉀粗產(chǎn)品25ml氫氧化鉀溶液的比例關(guān)系)溶解步驟(3)所制備的高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，用G3玻璃砂芯漏斗抽濾，向濾液中加入飽和氫氧化鉀溶液，加入量為上述3mo/L氫氧化鉀溶液體積的4倍，冰水浴環(huán)境中攪拌重結(jié)晶40min，用G3玻璃砂芯漏斗抽濾，得重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體；
[0010](5)先后用正己烷、乙醇、正戊烷、乙醇浸洗步驟⑷得到的重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體(正己烷、正戊烷用量分別按照Ig重結(jié)晶后高鐵酸鉀20ml的比例使用，乙醇用量分別按照Ig重結(jié)晶后高鐵酸鉀5ml的比例使用)，后在60°C溫度下，真空干燥至恒重，得成品高鐵酸鉀粉末固體，密封，保存。
[0011]本發(fā)明的科學(xué)原理:
[0012]本發(fā)明的科學(xué)原理主要基于以下兩個化學(xué)反應(yīng)式:
[0013]Ca (C1) 2+K2C03 = CaCO3 I +2KC10 (I)
[0014]2Fe (NO3) 3+3KC10+10K0H = 2K2Fe04+6KN03+3KCl+5H20 (2)
[0015]首先根據(jù)反應(yīng)式(I)稱取適量的次氯酸鈣和碳酸鉀配制成溶液，混合反應(yīng)，過濾去除碳酸鈣沉淀，濾液便是黃綠色的次氯酸鉀溶液。然后將研磨成粉末的硝酸鐵加入到次氯酸鉀溶液中，在強堿性條件下，根據(jù)式(2)反應(yīng)制備出高鐵酸鉀。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0017]I)本發(fā)明以Ca(ClO)2和K2CO3反應(yīng)制備次氯酸鉀溶液，避免了具有毒性和腐蝕性的氯氣的使用，消除了危險氣體氯氣對生產(chǎn)過程帶來的安全隱患、不需氣密性和耐腐蝕性要求較高的生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)過程得到簡化，可控性好，安全系數(shù)大幅度提高。
[0018]2)本發(fā)明以Ca(ClO)2和K2CO3反應(yīng)制備次氯酸鉀溶液，反應(yīng)中生成的CaCO3沉淀溶度小，易于過濾去除，減少了堿液的使用，次氯酸鉀溶液中雜質(zhì)較少，后續(xù)高鐵酸鉀的氧化效率提高，雜質(zhì)少，簡化了后續(xù)提純步驟，產(chǎn)品純度和產(chǎn)率得到提高。
[0019]3)本發(fā)明交替使用正己烷、乙醇、正戊烷、乙醇方式對結(jié)晶后高鐵酸鹽固體進行除水、除雜質(zhì)鹽，避免了有毒有害氣體乙醚的使用，提高了產(chǎn)品純度和生產(chǎn)過程的安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實施例1所制備得到的高鐵酸鉀固體的紅外光譜圖；
[0021]從圖中可以看出:所制備的廣品在809.54cm 1處有明顯尖銳吸收峰，表明該廣品為高鐵酸鉀。
[0022]圖2為本發(fā)明實施例1所制備得到的高鐵酸鉀液體的紫外-可見分光光譜掃描圖；
[0023]從圖中可以看出:所制備產(chǎn)品的溶液在505nm處有高鐵酸鉀特征吸收峰，證明該樣品確實為聞鐵酸鐘。

【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合具體實施例詳述本發(fā)明，但本發(fā)明不局限于下述實施例。
[0025]實施例1
[0026](I)分別稱取次氯酸鈣8.0Og與碳酸鉀5.33g，并配置成等體積溶液各50ml，兩者混合，反應(yīng)15min后，過濾除去碳酸鈣沉淀，將濾液置于冰水浴中，邊攪拌，邊向濾液中緩慢加入氫氧化鉀固體100g，得堿性飽和的次氯酸鉀溶液；
[0027](2)冰水浴環(huán)境中，向步驟(I)所制備的堿性飽和次氯酸鉀溶液中緩慢加入九水硝酸鐵固體20.79g，以900r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，反應(yīng)60min后，生成高鐵酸鉀溶液；
[0028](3)向步驟⑵所制備的高鐵酸鉀溶液中加入10ml飽和氫氧化鉀溶液，冰水浴環(huán)境中靜置30min后，用G2玻璃砂芯漏斗抽濾，得高鐵酸鉀固體粗產(chǎn)品；
[0029](4)用3mo/L氫氧化鉀溶液45ml溶解步驟(3)所制備的高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，用G3玻璃砂芯漏斗抽濾，向濾液中加入飽和氫氧化鉀溶液180ml，加入量為上述3mo/L氫氧化鉀溶液體積的4倍，冰水浴環(huán)境中攪拌重結(jié)晶40min，用G3玻璃砂芯漏斗抽濾，得重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體；
[0030](5)先后用正己烷36ml、乙醇9ml、正戊烷36ml、乙醇9ml浸洗步驟(4)得到的重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體，后在60°C溫度下，真空干燥至恒重，得成品高鐵酸鉀粉末固體，密封，保存。
[0031]實施例2
[0032](I)分別稱取次氯酸鈣12.0Og與碳酸鉀8.00g，并配置成等體積溶液各100ml，兩者混合，反應(yīng)15min后，過濾除去碳酸鈣沉淀，將濾液置于冰水浴中，邊攪拌，邊向濾液中緩慢加入氫氧化鉀固體200g，得堿性飽和的次氯酸鉀溶液；
[0033](2)冰水浴環(huán)境中，向步驟(I)所制備的堿性飽和次氯酸鉀溶液中緩慢加入九水硝酸鐵固體31.20g,以900r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，反應(yīng)60min后，生成高鐵酸鉀溶液；
[0034](3)向步驟⑵所制備的高鐵酸鉀溶液中加入200ml飽和氫氧化鉀溶液，冰水浴環(huán)境中靜置30min后，用G2玻璃砂芯漏斗抽濾，得高鐵酸鉀固體粗產(chǎn)品；
[0035](4)用3mo/L氫氧化鉀溶液75ml溶解步驟(3)所制備的高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，用G3玻璃砂芯漏斗抽濾，向濾液中加入飽和氫氧化鉀溶液300ml，加入量為上述3mo/L氫氧化鉀溶液體積的4倍，冰水浴環(huán)境中攪拌重結(jié)晶40min，用G3玻璃砂芯漏斗抽濾，得重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體；
[0036](5)先后用正己烷60ml、乙醇15ml、正戊烷60ml、乙醇15ml浸洗步驟(4)得到的重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體，后在60°C溫度下，真空干燥至恒重，得成品高鐵酸鉀粉末固體，密封，保存。
[0037]實施例3
[0038](I)分別稱取次氯酸鈣18.0Og與碳酸鉀12.0Og,并配置成等體積溶液各100ml，兩者混合，反應(yīng)15min后，過濾除去碳酸鈣沉淀，將濾液置于冰水浴中，邊攪拌，邊向濾液中緩慢加入氫氧化鉀固體200g，得堿性飽和的次氯酸鉀溶液；
[0039](2)冰水浴環(huán)境中，向步驟(I)所制備的堿性飽和次氯酸鉀溶液中緩慢加入九水硝酸鐵固體46.80g,以900r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，反應(yīng)60min后，生成高鐵酸鉀溶液；
[0040](3)向步驟⑵所制備的高鐵酸鉀溶液中加入200ml飽和氫氧化鉀溶液，冰水浴環(huán)境中靜置30min后，用G2玻璃砂芯漏斗抽濾，得高鐵酸鉀固體粗產(chǎn)品；
[0041](4)用3mo/L氫氧化鉀溶液10ml溶解步驟(3)所制備的高鐵酸鉀粗產(chǎn)品,用G3玻璃砂芯漏斗抽濾，向濾液中加入飽和氫氧化鉀溶液400ml，加入量為上述3mo/L氫氧化鉀溶液體積的4倍，冰水浴環(huán)境中攪拌重結(jié)晶40min，用G3玻璃砂芯漏斗抽濾，得重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體；
[0042](5)先后用正己烷81ml、乙醇20ml、正戊烷81ml、乙醇20ml浸洗步驟⑷得到的重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體，后在60°C溫度下，真空干燥至恒重，得成品高鐵酸鉀粉末固體，密封，保存。
[0043]稱取一定量的上述實施例1?3所制備的高鐵酸鉀樣品，分別溶于一定體積的蒸餾水中，在酸性條件下Fe6+分解成Fe3+，加入鹽酸羥胺將Fe3+進一步還原為Fe2+，采用鄰菲羅啉分光光度法測定水中Fe2+的含量，據(jù)鐵元素質(zhì)量守恒，間接計算高鐵酸鉀的含量，繼而計算所制備高鐵酸鉀的純度。經(jīng)上述方法定量分析可知，三種實施例所制備的高鐵酸鉀純度均超過98.70%。
【權(quán)利要求】
1.一種高鐵酸鉀的制備方法，其特征在于，該制備方法具體步驟如下: (1)按質(zhì)量比1.5:1的比例，分別稱取次氯酸鈣與碳酸鉀，并配置成等體積溶液，兩者混合，反應(yīng)15min后，過濾除去碳酸鈣沉淀，將濾液置于冰水浴中，按照每毫升濾液中加入lg氫氧化鉀固體的比例，邊攪拌濾液，邊向其中緩慢加入氫氧化鉀固體，得堿性飽和次氯酸鉀溶液； (2)冰水浴環(huán)境中，向步驟(1)所制備的堿性飽和次氯酸鉀溶液中緩慢加入九水硝酸鐵固體，以900r/min的轉(zhuǎn)速攪拌，反應(yīng)60min后，生成高鐵酸鉀溶液；所述九水硝酸鐵固體加入量為步驟(1)中碳酸鉀質(zhì)量的3.9倍； (3)向步驟(2)所制備的高鐵酸鉀溶液中加入等體積飽和氫氧化鉀溶液，冰水浴環(huán)境中靜置30min后，用G2玻璃砂芯漏斗抽濾，得高鐵酸鉀固體粗產(chǎn)品； (4)按照每lg高鐵酸鉀粗產(chǎn)品25ml氫氧化鉀溶液的比例，用3mo/L氫氧化鉀溶液溶解步驟(3)所制備的高鐵酸鉀粗產(chǎn)品，用G3玻璃砂芯漏斗抽濾，向濾液中加入飽和氫氧化鉀溶液，加入量為上述3mo/L氫氧化鉀溶液體積的4倍，冰水浴環(huán)境中攪拌重結(jié)晶40min，用G3玻璃砂芯漏斗抽濾，得重結(jié)晶后聞鐵酸鐘固體； (5)先后用正己烷、乙醇、正戊烷、乙醇浸洗步驟(4)得到的重結(jié)晶后高鐵酸鉀固體，后在60°C溫度下，真空干燥至恒重，得成品高鐵酸鉀粉末固體。
【文檔編號】C01G49/00GK104261481SQ201410491153
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】丁磊, 劉前進, 鐘梅英 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)