高鐵酸鉀的物化性質(zhì)和制備方法

時(shí)間：2023-03-24 07:57:01來(lái)源：food欄目：食品快速檢測(cè) 閱讀：

高鐵酸鉀的物化性質(zhì)和制備方法

[db:作者] / 2023-01-12 00:00

高鐵酸鉀

[物化性質(zhì)]K2FeO4，純品為暗紫色有光澤粉末。198℃以下穩(wěn)定。極易溶于水而成淺紫紅色溶液，靜置后會(huì)分解放出氧氣，并沉淀出水合三氧化二鐵。溶液的堿性隨分解而增大，在強(qiáng)堿性溶液中相當(dāng)穩(wěn)定。

[制備方法]國(guó)內(nèi)外報(bào)道高鐵酸鉀的制備方法主要有以下3種：熔融法、次氯酸鹽氧化法和電解法。

(1)熔融法

熔融法又稱為過(guò)氧化鈉氧化法。其機(jī)理是：在高溫條件下將堿金屬的過(guò)氧化物和鐵或鐵鹽熔融，并使之反應(yīng)生產(chǎn)高鐵酸鹽。以鐵/Na2O2和Fe2O3/K2O2體系的反應(yīng)為例，反應(yīng)式分別如下：

Fe+3Na2O2→Na2FeO4+2Na2O

再加入過(guò)氧化鉀即可轉(zhuǎn)化為高鐵酸鉀。

2Fe+6K2O2→K2FeO4+5K2O

熔融法是最早的一種制備方法相對(duì)較成熟，對(duì)此法的產(chǎn)品收率和純度的影響因素主要有：a.氧化劑的種類、氧化劑與鐵源物質(zhì)的物質(zhì)的量配比；b.所用的升降溫程序及變溫速率；c.最高反應(yīng)溫度和保持時(shí)間的長(zhǎng)短應(yīng)根據(jù)物料的種類而定。

熔融法工藝中用的氧化劑從最早的硝酸鹽(如KNO3)發(fā)展到亞硝酸鹽(如KNO2)及過(guò)氧化物(如Na2O2，BaO2)等，鐵源物質(zhì)也從鐵屑發(fā)展到幾乎包括所有常見(jiàn)的Fe(II)和Fe(I)的鹽、氧化物、水和氧化物。反應(yīng)方式也從簡(jiǎn)單加熱發(fā)展到在不同氣體保護(hù)下進(jìn)行，目前有游離苛性堿下的加熱熔融。反應(yīng)溫度以不同物料在400℃到1200℃的范圍內(nèi)變化。

最近俄羅斯學(xué)者提出在氧氣流下，溫度控制在350～370℃，煅燒Fe2O3和K2O2混合物制備K2FeO3晶體。由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高快，容易引起爆炸。

干法工藝的特點(diǎn)：反應(yīng)溫度較高，可能有苛性堿存在或生成，使反應(yīng)容器腐蝕嚴(yán)重。直接燒制產(chǎn)品的純度較低，需經(jīng)后續(xù)提純處理。該法需嚴(yán)格控制操作條件，比較危險(xiǎn)且難以實(shí)現(xiàn)，目前很少采用。

(2)次氯酸鹽氧化法

次氯酸鹽氧化法又稱為濕法。該法是以次氯酸鹽和鐵鹽[如FeCl3、Fe(NO3)3]為原料，在堿性溶液中反應(yīng)，生成高鐵酸鈉，然后加入氫氧化鉀，將其轉(zhuǎn)化成高鐵酸鉀。由于高鐵酸鈉在氫氧化鈉濃溶液中的溶解度較高，故可從中分離出高鐵酸鉀晶體。反應(yīng)原理如下：

該方法于1950年由Hrostowski等提出，采用該法制得的產(chǎn)品純度可達(dá)到96.9%，但產(chǎn)率很低，不超過(guò)10%～15%。Thomposn等對(duì)上述方法從制備與純化過(guò)程進(jìn)行了改進(jìn)，以硝酸鐵為鐵源原料，對(duì)粗產(chǎn)品依次用苯、乙醇、乙醚洗滌處理，產(chǎn)品純度保持在92%～96%，產(chǎn)率提高到44%以上。目前，國(guó)內(nèi)外有大量對(duì)此法的研究報(bào)道。如采用鉀鈉混合堿法在制備過(guò)程中加入穩(wěn)定劑，改進(jìn)分離提純工藝等，從而提高溶液的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)物的時(shí)效和產(chǎn)率，而且回收利用了廢堿液，降低生產(chǎn)成本。

次氯酸鹽法工藝中氧化劑除常用的NaClO和Ca(ClO)2外，曾有以H2O2和HSO7作為氧化劑來(lái)制備高鐵酸鹽的報(bào)道。Evrard提出一種通過(guò)FeSO4·7H2O、KOH、Ca(ClO)2三種固體混合后所發(fā)生的固相反應(yīng)來(lái)制備分子式為M(Fe，X)O4的堿金屬、堿土金屬高鐵酸鹽復(fù)合物的方法。這種方法所制產(chǎn)品雖為固體形式，但其中高鐵酸鹽的含量不高。

(3)電解法

高鐵酸鉀電解法制備是通過(guò)電解以鐵為陽(yáng)極的堿性氫氧化物溶液來(lái)實(shí)現(xiàn)的，國(guó)外專利技術(shù)大量介紹電解合成高鐵酸鉀的工藝。電解法的生產(chǎn)機(jī)理是：以鐵片為陽(yáng)極，鎳片或炭棒為陰極。在外加電源的作用下來(lái)電解氫氧化鈉溶液，使Fe或Fe3+轉(zhuǎn)化為FeO42-。其反應(yīng)如下。

在電解后的溶液中加入過(guò)量的氫氧化鉀即可得到高鐵酸鉀。反應(yīng)如下：

FeO42-+2K+→K2FeO4

電解法操作簡(jiǎn)單，方便靈活，使用的原料少，但電能消耗大。電解法分為直接法和間接法。直接法是KOH作為電解液，直接生成K2FeO4；間接法是NaOH作為電解液，先電解生成Na2FeO4，再加入KOH轉(zhuǎn)化為K2FeO4。

[技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)]HG3247-2008

[應(yīng)用]

(1)水處理中的應(yīng)用

高鐵酸鉀有很強(qiáng)的氧化性，同時(shí)其溶于水時(shí)生成的Fe(OH)3能吸附各種陰陽(yáng)離子，因此高鐵酸鉀有極好的殺菌、脫色、除臭、凈化效果，所以可作一種有效的水處理劑在供水工程及污水處理中大量應(yīng)用。在用高鐵酸鹽處理水的過(guò)程中，因高鐵酸鉀本身不含有害物質(zhì)，在用于水處理時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有害的離子和有害的衍生物；且它的殺菌效果比氯系氧化劑更強(qiáng)，由于氯系氧化劑在處理有機(jī)物廢水時(shí)易生成具有毒性的有機(jī)氯化物，高鐵酸鹽是取代現(xiàn)行氯源凈水的最好選擇。

高鐵酸鉀可以選擇性地氧化水中的許多有機(jī)物。研究表明，高鐵酸鉀在氧化50%的苯、醇類如正已醇的同時(shí)，能夠有效降低水中的聯(lián)苯、氯苯等難降解有機(jī)物的濃度。面對(duì)那些還原性較強(qiáng)的污染物質(zhì)，高鐵酸鹽表現(xiàn)出更為突出的氧化降解功效。在pH值為11.2的條件下，采用75mg/L和167mg/L高鐵酸鉀，在10min內(nèi)可以分別將水中10mg/L的CN-氧化降解至0.082mg/L和0.062mg/L，去除效率分別達(dá)99.18%和99.38%。因此，高鐵酸鹽是一種集消毒、氧化、絮凝、吸附以及助凝為一體的、無(wú)任何毒副作用的高效多功能水處理化學(xué)藥劑。

(2)高鐵酸鉀在有機(jī)氧化合成中的應(yīng)用

氧化反應(yīng)是有機(jī)反應(yīng)的重要類型，隨著有機(jī)合成的發(fā)展，人們?cè)谘趸瘎┑倪x擇上提出了新的要求：原料轉(zhuǎn)化率高；產(chǎn)物選擇性和收率好；具有立體合成效用，氧化劑經(jīng)濟(jì)、對(duì)環(huán)境影響較少。

目前常用的氧化劑主要是MnO2、KMnO4、CrO3、KCr2O、K2CrO4等無(wú)機(jī)氧化劑，這些氧化劑對(duì)人體有害，如K2CrO4的衍生物具有致癌作用，而且其還原產(chǎn)物也有毒性，會(huì)造成環(huán)境污染。再者這些氧化劑的選擇性差，需嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率也不高。高鐵酸鉀相對(duì)上述無(wú)機(jī)氧化劑來(lái)說(shuō)是一種理想的氧化劑，高鐵酸鉀氧化性強(qiáng)，可以氧化H2、-NH2、SCN、S2O6等無(wú)機(jī)化合物和醇、酸、胺等多種有機(jī)化合物，并不給環(huán)境帶來(lái)任何破壞，具有較強(qiáng)的選擇性和較高的收率，Audette等報(bào)道了用高鐵酸鉀氧化苯乙醇制備苯乙醛，苯乙醛收率達(dá)92%。因此，近年有許多關(guān)于用K2FeO4做氧化劑的報(bào)導(dǎo)。當(dāng)然，K2FeO4在有機(jī)溶劑里的溶解性低使得它在有機(jī)化學(xué)里面的應(yīng)用受到了比較大的限制，但是使用了PTF(Phase Transfer Catalysis,相轉(zhuǎn)移催化劑)如季銨鹽等之后在一定程度上彌補(bǔ)高鐵酸鉀的這一缺陷，使它在有機(jī)氧化中有更廣泛的應(yīng)用。

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