專利名稱：一種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化學領(lǐng)域，是ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置及其エ藝。
背景技術(shù)：
高鐵酸鹽是ー種強氧化性、高放電容量、不引起二次污染的“緑色“化學試劑。天然高鐵酸鹽幾乎不存在，因此高鐵酸鹽的制備方法及エ藝條件成為了近年來研究的重要課題。生產(chǎn)高鐵酸鹽的方法通常有三種，原材料都很穩(wěn)定易得。這些方法主要包括(I)電化學法，(2)高溫干燥氧化法，(3)室溫濕氧化法。高溫干燥氧化法，又稱熔融法，是最早發(fā)現(xiàn)制備高鐵酸鹽的方法，它是指在苛性堿存在條件下，發(fā)生高溫固相(或熔融相)反應(yīng)，來制 備高鐵酸鹽的方法。高溫干燥氧化法反應(yīng)條件苛刻，放熱速度快容易引起爆炸事故，容易腐蝕設(shè)備。次氯酸氧化法又稱為濕氧化法，是通過含強堿條件下三價鐵鹽與次氯酸鹽按一定比例進行反應(yīng)制得高鐵酸鹽，エ藝過程較長且復(fù)雜。電化學法是近年來公開發(fā)表文章最多的方法。電化學法也即電解法制備高鐵酸鹽，具備原材料易得、操作簡便，所制得初級產(chǎn)品純度高、副產(chǎn)物少等優(yōu)點。電解法的原理是在濃強堿溶液中，鐵陽極被犧牲氧化生成FeO廣，并會有氧氣析出副反應(yīng)；而陰極有氫氣析出。具體電極反應(yīng)如下
陽極Fe + 80F -6e — FeO42-+ 4 H2O陰極6H20 + 6e — 6 0H_ + 3H2
電化學法制備高鐵酸鹽的裝置大體分為兩類單室電解槽和分隔式電解槽。單室電解槽可用于短時間內(nèi)生產(chǎn)高鐵酸鹽，在反應(yīng)初始階段效率較高，由于陰陽極是在同一個容器內(nèi)，反應(yīng)一段時間后陽極氧化產(chǎn)生的高鐵酸鹽將很快擴散到陰極，并被還原成低價鐵。而且陰陽兩極產(chǎn)生的氫氣氧氣也容易造成高鐵酸鹽的返混，這種擴散和返混使得電解效率隨著時間延長而迅速降低，高鐵酸鹽溶液也因為被還原而濃度大大降低。分隔式電解槽盡管有各種型式，但無論如何演變，其基本原理和基本結(jié)構(gòu)沒有改變。即采用特殊材料制成的陽離子隔膜，將電解槽分割成陰陽兩個極室，這種隔膜只允許陽離子通過，而高鐵酸根和氫氧根離子不能透過隔膜到另ー個極室中。分隔式電解槽的優(yōu)點是將陰陽極室分開，避免了高鐵酸鹽返混至陰極發(fā)生還原反應(yīng)，不必擔心擴散、返混的問題，對陰極產(chǎn)生的氫氣也起到了阻擋和引導作用。缺點是這類特殊性能的隔膜成本很高，使用了隔膜之后只能允許部分離子通過，其溶液電導受到限制，電流效率降低；隔膜容易受到污染、腐蝕，需要經(jīng)常清洗、更換；而且由于這種隔膜是陽離子膜，陰極產(chǎn)生的堿液不能輸送到陽極加以利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，電流效率高，經(jīng)濟適用，效果好的電解法制備液體高鐵酸鹽裝置。并提供制備流程科學合理，運行成本低，可廣泛應(yīng)用的電解法間歇或連續(xù)生產(chǎn)液體高鐵酸鹽的エ藝。實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置，它包括堿液貯槽、液體高鐵酸鹽貯槽、電解裝置和直流電源，其特征是，所述電解裝置為U型管電解裝置，所述堿液貯槽的堿液入口通過管路上設(shè)置的堿液輸送泵、堿液控制閥與U型管電解裝置的堿液入口連通，U型管電解裝置的液體高鐵酸鹽出ロ通過管路上設(shè)置的液體高鐵酸鹽控制閥、液體高鐵酸鹽輸送泵與液體高鐵酸鹽貯槽連通，U型管電解裝置堿液入ロ的一側(cè)管路為陰極室，在U型管電解裝置的陰極室內(nèi)置有陰極電扱，U型管電解裝置液體高鐵酸鹽出口的一側(cè)管路為陽極室，在U型管電解裝置的陽極室的擴納槽內(nèi)置有至少ー個陽極電極，所述陰極電極與直流電源的負極連接，所述陽極電極與直流電源的正極連接。ー種電解法制備液體高鐵酸鹽エ藝，其特征是，它包括以下步驟，將配制堿液于堿液貯槽中，調(diào)節(jié)堿液控制閥的開度，堿液輸送泵將堿液充入U型管電解裝置；控制電解液溫度在30-35°C，將陰極電極、陽極電極與直流電源連接，直流電源的電壓調(diào)節(jié)為9V，使充入U型管電解裝置中的堿液經(jīng)電化學反應(yīng)50-70min，得到紫黒色液體高鐵酸鈉溶，調(diào)節(jié)液體高鐵酸鹽控制閥的開度，液體高鐵酸鹽輸送 泵將制備的液體高鐵酸鹽輸送到液體高鐵酸鹽貯槽內(nèi)。本發(fā)明的ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置，由于構(gòu)成U型管電解裝置的陰極室與陽極室的管路長度相等，直徑比為1:1_2，在U型管電解裝置置放陽極電極ー側(cè)管路設(shè)有擴納槽，有利于置放多于ー個陽極電極，有利于節(jié)約堿液和充分進行電化學反應(yīng)，提高液體高鐵酸鹽的濃度；為了既能提高電流效率、又能將陰極室、陽極室分開，并充分利用陰極電解產(chǎn)生的Off，本發(fā)明不采用現(xiàn)有技術(shù)成本較高，效果欠佳的隔膜電解池，而提供U型管電解裝置，不但極大地降低了裝置的制作和運行成本，切實提高了電流效率，還能充分利用陰極的強堿；為了減少陽極表面的鈍化現(xiàn)象，保持陽極室的強堿濃度在14-16mol/L范圍內(nèi)，并避免高鐵酸鹽擴散至陰極引起返混，采用堿液貯槽的堿液入口通過管路上設(shè)置的堿液輸送泵、堿液控制閥與U型管電解裝置的堿液入口連通，U型管電解裝置的液體高鐵酸鹽出ロ通過管路上設(shè)置的液體高鐵酸鹽控制閥、液體高鐵酸鹽輸送泵與液體高鐵酸鹽貯槽連通結(jié)構(gòu)，通過對堿液控制閥5-1的開度、液體高鐵酸鹽控制閥5-2的開度，堿液輸送泵和液體高鐵酸鹽輸送泵的控制，完成電化學的充分反應(yīng)，并且及時使液體高鐵酸鹽產(chǎn)物輸送出去和堿液補充，有利于U型管電解裝置將陰極室的堿液和新添加的堿液補充至陽極室，陰極室的堿液以層流方式流向陽極室，不會產(chǎn)生湍流；其結(jié)構(gòu)簡単，電流效率高，經(jīng)濟適用，效果好。制備流程科學合理，運行成本低，可廣泛應(yīng)用的電解法間歇或連續(xù)生產(chǎn)液體高鐵酸鹽的ェ藝。


圖1為實施例1的ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置；
圖2實施例2的ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置；
圖3實施例3的ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置。圖中Iー陽極電極，2—陰極電極，3—直流電源，4-1 一堿液輸送泵，4-2—液體高鐵酸鹽輸送泵，5-1—堿液控制閥，5-2—液體高鐵酸鹽控制閥，6—堿液貯槽，7—液體高鐵酸鹽貯槽，8—電解液，9一U型管電解裝置。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進ー步說明。參照圖1，實施例1的ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置適用于液體高鐵酸鹽間歇式生產(chǎn)。它包括堿液貯槽6、液體高鐵酸鹽貯槽7和直流電源3，所述堿液貯槽6的堿液入口通過管路上設(shè)置的堿液輸送泵4-1、堿液控制閥5-1與U型管電解裝置9的堿液入口連通，U型管電解裝置9的液體高鐵酸鹽出ロ通過管路上設(shè)置的液體高鐵酸鹽控制閥5-2、液體高鐵酸鹽輸送泵4-2與液體高鐵酸鹽貯槽7連通，U型管電解裝置9堿液入口的ー側(cè)管路為陰極室，在U型管電解裝置9的陰極室內(nèi)置有陰極電極2，U型管電解裝置9液體高鐵酸鹽出口的一側(cè)管路為陽極室，在U型管電解裝置9的陽極室的擴納槽內(nèi)置有至少ー個陽極電極1，所述陰極電極2與直流電源3的負極連接，所述陽極電極I與直流電源3的正極連接。U型管電解裝置9的陽極室的擴納槽為長方體，其邊長為33mm，高度30mm，U型管電解裝置9的陽極室管路和陰極室管路為整根U型管，U型管外徑11_，壁厚2_，U型管總長160_，在U型管電解裝置9的長160_的U型管和陽極室的擴納槽中充入電解液8，U型管電解裝置9的陽極室管路插入長方體擴納槽內(nèi)，U型管電解裝置9的液體高鐵酸鹽出口設(shè)置于長方體擴納槽的底部。鐵網(wǎng)先經(jīng)稀鹽酸清洗，然后卷成多層圓筒形插入陽極室用作陽 極電極；陰極電極選擇石墨棒。配制電解液為14mol/L的NaOH溶液，陰極電極2與直流電源3的負極連接，所述陽極電極I與直流電源3的正極連接。采用實施例1的ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置進行液體高鐵酸鹽的制備過程為向堿液貯槽6中加入14mol/L的NaOH溶液，控制電解液溫度在30 35°C，給陰極電極2和陽極電極I接通直流電壓，電壓設(shè)為9V，電解時間50-70min，通過對堿液控制閥5_1的開度、液體高鐵酸鹽控制閥5-2的開度，堿液輸送泵4-1和液體高鐵酸鹽輸送泵5-2的控制，獲得12. 42g/L的Na2FeO4液體。再重復(fù)上述液體高鐵酸鹽的制備。將制備的高鐵酸鹽液體可直接排放到水處理系統(tǒng)用于水處理；若排放到含有飽和KOH溶液的低溫系統(tǒng)，可以進ー步對高鐵酸鹽提純。參照圖2，實施例2的ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置結(jié)構(gòu)與實施例1基本相同，不同之處僅為U型管電解裝置9的陽極室的長方體擴納槽的下部為錐體，實施例2的一種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置適用于液體高鐵酸鹽間歇式生產(chǎn)。參照圖3，實施例3的ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置結(jié)構(gòu)與實施例1基本相同，不同之處僅為U型管電解裝置9的液體高鐵酸鹽出口設(shè)置于長方體擴納槽的上部。利用實施例3的ー種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置可進行液體高鐵酸鹽的連續(xù)生產(chǎn)。U型管電解裝置9可以用玻璃、有機玻璃、塑料及其它高分子材料制作。陽極電極I材料可以選取純鐵絲、純鐵板、鐵粉末、鐵絲網(wǎng)、鐵氧化物、硅鐵、灰生鐵、白鐵、高純度鉄、鐵合金、壓縮粉末鉄、EJ-260、低碳鋼、白ロ鑄鐵、灰ロ鑄鐵、多孔磁鐵礦、白鋼網(wǎng)、低碳鋼片、中碳鋼片、硅鋼片、高碳鋼片、不銹鋼、A3鋼等主要成分為鐵材料制作；陰極電極2材料可以選取銅絲、不銹鋼、鎳板、白鋼網(wǎng)、泡沫鎳、石墨、鉬等導電材料制作。本發(fā)明的具體實施方式
并非窮舉，本領(lǐng)域技術(shù)人員不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動的簡單復(fù)制和改進，應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置，它包括堿液貯槽、液體高鐵酸鹽貯槽、電解裝置和直流電源，其特征是，所述電解裝置為U型管電解裝置，所述堿液貯槽的堿液入口通過管路上設(shè)置的堿液輸送泵、堿液控制閥與U型管電解裝置的堿液入口連通，U型管電解裝置的液體高鐵酸鹽出口通過管路上設(shè)置的液體高鐵酸鹽控制閥、液體高鐵酸鹽輸送泵與液體高鐵酸鹽貯槽連通，U型管電解裝置堿液入口的一側(cè)管路為陰極室，在U型管電解裝置的陰極室內(nèi)置有陰極電極，U型管電解裝置液體高鐵酸鹽出口的一側(cè)管路為陽極室，在U型管電解裝置的陽極室的擴納槽內(nèi)置有至少一個陽極電極，所述陰極電極與直流電源的負極連接， 所述陽極電極與直流電源的正極連接。
2.一種電解法制備液體高鐵酸鹽工藝，其特征是，它包括以下步驟，將配制堿液于堿液貯槽中，調(diào)節(jié)堿液控制閥的開度，堿液輸送泵將堿液充入U型管電解裝置；控制電解液溫度在30-35°C，將陰極電極、陽極電極與直流電源連接，直流電源的電壓調(diào)節(jié)為9V，使充入U型管電解裝置中的堿液經(jīng)電化學反應(yīng)50-70min，得到紫黑色液體高鐵酸鈉溶，調(diào)節(jié)液體高鐵酸鹽控制閥的開度，液體高鐵酸鹽輸送泵將制備的液體高鐵酸鹽輸送到液體高鐵酸鹽貯槽內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明是一種電解法制備液體高鐵酸鹽裝置，其特點是，電解裝置為U型管電解裝置，堿液貯槽的堿液入口通過管路上設(shè)置的堿液輸送泵、堿液控制閥與U型管電解裝置的堿液入口連通，U型管電解裝置的液體高鐵酸鹽出口通過管路上設(shè)置的液體高鐵酸鹽控制閥、液體高鐵酸鹽輸送泵與液體高鐵酸鹽貯槽連通，U型管電解裝置堿液入口的一側(cè)管路為陰極室，在U型管電解裝置的陰極室內(nèi)置有陰極電極，U型管電解裝置液體高鐵酸鹽出口的一側(cè)管路為陽極室，在U型管電解裝置的陽極室的擴納槽內(nèi)置有至少一個陽極電極，陰極電極、陽極電極與直流電源連接。其結(jié)構(gòu)簡單，電流效率高，經(jīng)濟適用，效果好。其工藝流程科學合理，運行成本低，可廣泛應(yīng)用間歇或連續(xù)生產(chǎn)。
文檔編號C25B1/00GK103014746SQ20131000344
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者孫旭輝, 庹萬權(quán), 李文超, 鄭文平 申請人:東北電力大學