高铁酸钾的电解法制备及其在水处理中的应用研究

论文摘要

本文概述了高铁（Ⅵ）化合物的制备方法、物理性质及其在氧化合成有机物、水处理以及用作碱性电池正极材料等领域的应用;系统研究了电解过程中电流效率的影响因素;开展了高铁酸钾（K2FeO4）处理水中十六烷基溴化吡啶（CPB）和Mn（Ⅱ）的研究工作。在高铁化合物中,K2FeO4是最为人们所熟识的化合物,在选择性氧化合成有机物、电池材料和水处理领域都有较好的应用前景。然而,由于其合成效率较低,目前还未得到广泛应用。因此,本文在第二章首先研究了电解法制备K2FeO4的实验室生产工艺,探讨了阳极材料、电极面积、阳极表观电流密度和电解时间等因素对电流效率的影响规律,并着重考察了添加剂对电流效率的影响。结果表明,电解法制备K2FeO4的适宜条件如下:阳极材料:铁丝网,电流密度:0.5 mA·cm-2,电极面积:100 cm2。KIO4是比较理想的添加剂,在阳极液中添加质量比为0.02%的KIO4,电解1 h后,电流效率可提高31.6%,K2FeO4产品的纯度相应提高3.85%。以上结果为K2FeO4的规模化生产提供了一定的理论依据。第三章主要以十六烷基溴化吡啶（CPB）为研究对象,探讨了K2FeO4投加量、pH值及反应时间等因素对去除效果的影响。紧接着,本文重点研究了CPB被处理前后的红外光谱、反应液在不同反应时间的紫外光谱以及K2FeO4与CPB的化学反应动力学过程。结果表明,K2FeO4处理CPB的最佳工艺条件为:K2FeO4投加量为CPB质量的1.5倍,pH>5,反应时间5 min;CPB降解过程中有一系列中间产物生成,最终被矿化成小分子无机物;K2FeO4与CPB的反应符合二级反应动力学规律。第四章主要以Mn（Ⅱ）为研究对象,通过控制溶液pH、氧化时间、投药量等因素,研究了K2FeO4去除Mn（Ⅱ）的效能,同时将Al2（SO4）3、K2FeO4以及两者的混合物对Mn（Ⅱ）的去除效能进行比较。结果表明,K2FeO4具有良好的氧化絮凝和助凝作用,与单纯Al2（SO4）3对比,采用K2FeO4能明显提高Mn（Ⅱ）的去除效率,两者联合使用,去除效果明显高于单个K2FeO4或Al2（SO4）3。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高铁化合物的发现及其制备方法
• 1.1.1 干法
• 1.1.2 湿法
• 1.1.3 电解法
• 1.2 高铁酸钾的物理化学性质
• 1.2.1 高铁酸钾的结构
• 1.2.2 高铁酸钾的光谱性质
• 1.2.3 高铁酸盐的热力学数据
• 1.2.4 高铁酸钾的热稳定性
• 1.2.5 高铁酸钾在水溶液中的稳定性
• 1.3 高铁酸盐的分析方法
• 1.3.1 砷酸盐法
• 1.3.2 铬酸盐法
• 1.3.3 循环伏安法
• 1.3.4 分光光度法
• 1.4 高铁酸盐的应用
• 1.4.1 用作碱性电池正极材料
• 1.4.2 氧化合成有机物
• 1.4.3 在污水处理中的应用
• 1.4.3.1 氧化水中有机/无机杂质
• 1.4.3.2 杀菌除藻作用
• 1.4.3.3 絮凝作用
• 2+)的特点、危害及处理方法'>1.5 十六烷基溴化吡和锰离子(MN²⁺)的特点、危害及处理方法
• 1.5.1 十六烷基溴化吡啶的特点及危害
• 1.5.2 常用的含表面活性剂废水的处理方法
• 1.5.2.1 泡沫分离法
• 1.5.2.2 超声降解法
• 1.5.2.3 混凝处理法
• 1.5.2.4 吸附法
• 2+)的特点及危害'>1.5.3 二价锰离子(Mn²⁺)的特点及危害
• 2+)的处理方法'>1.5.4 常用的含二价锰离子(Mn²⁺)的处理方法
• 1.5.4.1 絮凝沉淀法
• 1.5.4.2 氧化－吸附法
• 1.5.4.3 生物法
• 1.5.5 小结
• 1.6 论文选题目的和意义
• 第二章 电解法制备高铁酸钾
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 化学试剂与仪器
• 2.1.2 高铁酸钾的制备方法
• 2FeO₄ 溶液的制备'>2.1.2.1 Na₂FeO₄溶液的制备
• 2FeO₄ 固体的制备'>2.1.2.2 K₂FeO₄固体的制备
• 2FeO₄ 样品的纯化'>2.1.3 K₂FeO₄样品的纯化
• 2.1.4 高铁酸盐的分析方法
• 2FeO₄ 的纯度分析'>2.1.5 K₂FeO₄的纯度分析
• 2FeO₄ 样品的表征'>2.1.6 K₂FeO₄样品的表征
• 2.1.7 阳极材料极化曲线的测试
• 2.2 实验结果与讨论
• 2.2.1 阳极材料的影响
• 2.2.2 阳极表观电流密度对电流效率的影响
• 2.2.3 阳极电极面积对电流效率的影响
• 2.2.4 电解时间的影响
• 2.2.5 添加剂的影响
• 2.2.5.1 添加剂对电流效率的影响
• 4 对电流效率的影响'>2.2.5.2 不同剂量的KIO₄对电流效率的影响
• 4 所起稳定作用的影响'>2.2.5.3 温度对0.02%KIO₄所起稳定作用的影响
• 4前后K2FeO₄ 的结构'>2.2.5.4 添加0.02%KIO₄前后K2FeO₄的结构
• 2.3 小结
• 第三章 高铁酸钾去除十六烷基溴化吡啶的研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验试剂和仪器
• 3.1.2 阳离子表面活性剂的测定原理和方法
• 3.1.3 实验及测试方法
• 3.2 实验结果及讨论
• 3.2.1 实验条件的选择
• 3.2.1.1 高铁酸钾投加量对十六烷基溴化吡啶去除效果的影响
• 3.2.1.2 pH 对十六烷基溴化吡啶去除效果的影响
• 3.2.1.3 反应时间对十六烷基溴化吡啶去除效果的影响
• 3.2.2 十六烷基溴化吡啶处理前后的红外吸收光谱
• 3.2.3 高铁酸钾降解十六烷基溴化吡啶的紫外吸收光谱
• 3.2.4 高铁酸钾去除水中十六烷基溴化吡啶的表观动力学
• 3.2.5 高铁酸钾氧化十六烷基溴化吡啶的机理初探
• 3.3 小结
• 第四章 高铁酸钾去除MN（Ⅱ）的研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验药品与仪器
• 4.1.2 水质锰的测定
• 4.1.3 锰的标准曲线绘制
• 4.2 结果与讨论
• 2+的影响'>4.2.1 投药量对去除Mn²⁺的影响
• 2+的效能影响'>4.2.2 氧化时间对高铁酸钾去除Mn²⁺的效能影响
• 2+的效能影响'>4.2.3 pH 对高铁酸钾去除Mn²⁺的效能影响
• 2+的去除效能比较'>4.2.4 高铁酸钾与硫酸铝对Mn²⁺的去除效能比较
• 2+的去除效能分析'>4.2.5 高铁酸钾协同硫酸铝对Mn²⁺的去除效能分析
• 4.3 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录 硕士期间发表或送审的论文
• 致谢