电化学法制备高铁酸盐应用与研究

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1、电化学法制备高铁酸盐应用与研究引言　　高铁酸盐是一种氧化性非常强的氧化剂，在水处理、有机合成和超铁电池等方面具有重要的潜在应用价值，以其独特的环境友好性受到人们越来越多的关注。在酸性条件下，高铁酸盐的氧化还原电位在所有的氧化剂中是最强的，能达到2.20V。同时在氧化过程中，高铁酸盐（VI）离子还原成具有混凝效果的新生态的Fe（III）。因此，高铁酸盐是一种集消毒、氧化、絮凝、吸附为一体的高效多功能环保型水处理药剂，具有广阔的应用前景[1-3]。　　本文研究探讨了高铁酸盐（VI）的现场制备和在水处理中的应用。第一部分介绍高铁酸盐的性质和在水处理中的应用。第2部分讨论了高铁

2、酸盐的电化学方法和影响因素，如电解液类型和浓度、阳极材料的种类，电流密度和电极配置连接等。最后对高铁酸盐的现场制备和使用进行总结。　　1高铁酸盐的性质和在水处理中的应用　　自然界中，铁通常以氧化态存在，最常见的是Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）。但是可以通过一定的方式获得高价态的铁，如Fe（Ⅵ）。高铁酸盐是六价状态的铁盐，在固体状态下非常稳定。据报道，高铁酸盐目前已知的在水处理中氧化性最强的氧化剂之一。　　高铁酸盐在酸性条件下和碱性条件下的氧化还原电位可以从以下方程中看出：　　FeO42-+8H++3e-→Fe3++4H2O，E0=+2.20V（1）　　FeO42-+4H2O+3

3、e-→Fe（OH）3+5OH-，E0=+0.72V（2）　　从上面2个式子可以看出，高铁酸盐具有强氧化性，能降解大部分无机物和有机物。Simon等在含有大量无机物如硫脲、硫代乙酰胺和硫化氢等的污水中，在投加比为2.5：1的条件下，高铁酸盐能将硫化氢完全转化为硫酸盐。甲草胺经过优化的氧化条件降解10min，可以完全的消除。苯酚、一氯苯酚和内分泌干扰物EDCs可以降解到很低的水平（10～100ng/L）。在室温条件下，一些有机物如甲醇、乙二醇、苯酚能被完全氧化成二氧化碳和水。　　2化学法制备高铁酸盐　　化学法制备高铁酸盐主要分以下2种方法：①次氯酸盐氧化法；②熔融法。次氯酸

4、盐氧化法又称湿法。该方法是以氯气和铁盐如硝酸铁和氧化铁为原料，在强碱性溶液中使生成的次氯酸盐氧化Fe（Ⅲ）盐获得Fe（Ⅵ）盐。湿法是目前较常用的实验室制备方法之一。这种方法的缺点是它需要反复的提纯过程以获得较高产量和纯度，这使得成本上较为昂贵。熔融法又称干法，熔融法制备高铁酸盐一般是通过过氧化物与含铁化合物或铁单质在苛性碱存在下发生高温熔融反应来制得。　　3电化学法制备高铁酸盐　　电化学氧化法也叫电解法，是指以铁金属或惰性电极为阳极在浓碱溶液中氧化低价铁到Fe（VI）的工艺方法。电解法有2条工艺路线：一条是合成高铁酸盐的液态产品；另一条是直接电合成高铁酸盐的固态产品。前

5、者液态产品如果进一步与其他合适的金属离子溶液发生复分解反应，沉淀出相应的固体高铁酸盐，则形成制备固态高铁酸盐的间接电合成法。　　电解法制备高铁酸盐的原理是在强碱溶液（如KOH或NaOH溶液）中，通过电解过程在阳极上发生氧化反应，使铁或铁离子氧化生成高铁酸盐，如图1所示。制备原理如下3个基本反应方程式为（3）—（6）：　　阳极反应：Fe+8OH-→FeO42-+4H2O+6e（3）　　阴极反应：6H2O→3H2+6OH--6e（4）　　总反应：Fe+2OH-+2H2O→FeO42-+3H2（5）　　FeO42-+2K+→K2FeO4（6）3.1电解法制备高铁酸盐的电化学过

6、程电化学制备高铁酸盐是Fe（0）转变成Fe（Ⅵ）的过程，其中涉及到了多种复杂的电化学反应。Koninck等报道了电解法制备高铁酸盐主要分为以下3个步骤：①Fe（Ⅳ）和Fe（Ⅴ）等中间产物的形成；　　②高铁酸盐的形成和阳极的钝化；　　③钝化层的形成阻止了高铁酸盐的进一步合成。　　Shao等报道了中间反应的过程实际上是钝化层形成的过程，如图2所示，在A点主要发生以下2个反应：　　Fe（O）→Fe（Ⅱ）+2e-（7）　　Fe（Ⅱ）→Fe（Ⅲ）+e-（8）　　溶液中氢氧根离子在穿过钝化层时会受到一定的阻碍，因此电化学的进行可能发生在钝化层较薄的地方，如阳极表面的一些微孔，如图2

7、所示。因此，在B点可能会发生如下反应：　　Fe（Ⅲ）→Fe（Ⅴ）+2e-（9）　　Fe（Ⅴ）→Fe（Ⅵ）+e-（10）　　据报道，高铁酸盐的合成跟阳极的组成、电流密度和电解质的种类和浓度有极大的关系。　　3.2阳极的影响电极一般可以从下面两个标准进行选择，第一：铁和碳的含量。第二：电极是否具有多孔性。这两方面是阳极的选择中最主要的。不管是纯铁或者铸铁，含铁量应当达到90%～100%，并且可以从下面组合进行选择：按不同的比例将铁，铸铁，可锻铸铁，球墨铸铁，碳钢，不锈钢等进行组合。为了取得最大的表面积，一般选取铁丝网、钢丝网、编织金属布。