高铁酸盐的稳定性研究及其应用

论文摘要

高铁酸盐具有较高的氧化还原电位、较大的电化学理论容量、强氧化和多相凝聚等特性，其原料来源丰富，且还原产物对环境友好，不仅可用于废水和生活用水的处理，还可以作为有机合成反应中的氧化剂和超级铁电池中的正极材料。然而，由于高铁酸钾在水中或者潮湿条件下容易分解，难于保存，因此迄今为止高铁酸钾没有得到大规模的应用。本文首先采用次卤（氯）酸盐氧化法制备高铁酸钾，研究了影响高铁酸钾稳定性的因素，并使用包覆技术改善了高铁酸钾的稳定性，考察了高铁酸钾处理亚甲基蓝染料、活性艳蓝染料和含有绿藻的模拟废水的效果。（1）本文在高浓度的氢氧化钾溶液中以氯气为氧化剂和三氯化铁直接反应生成高铁酸钾。经验证，与传统湿式氧化法相比，此法绕过中间产物高铁酸钠能够直接制得高铁酸钾，纯化步骤简单，操作时间短，反应的原子经济性高。（2）考察影响高铁酸钾稳定性的因素。结果表明，高铁酸钾溶液浓度低其稳定性好；pH值的升高或碱度的增加，都能导致高铁酸钾的分解越来越慢，稳定性增加；温度升高，高铁酸钾溶液的稳定性下降。实验选取了一些金属离子作为掺杂剂，考察不同离子对高铁酸钾稳定性的影响。结果表明，Zn2+、Mg2+、Fe3+、Al3+、Cu2+均对FeO24-起一定的催化分解作用，对于金属离子Zn2+、Al3+、Fe3+的盐类，其硫酸盐对FeO24-的催化分解作用大于氯化盐，而Mg2+的氯化盐对FeO24-的催化分解作用大于硫酸盐。（3）研究采用包覆法改善高铁酸钾的稳定性。使用乙基纤维素作为包覆剂，考察包覆后的高铁酸钾的稳定性、缓释效果以及对染料模拟废水的降解脱色性能测试。实验结果表明，包覆能明显的提高高铁酸钾的稳定性，并且乙基纤维素对高铁酸钾的包覆效果好于石蜡。释放百分率会随着乙基纤维素与高铁酸钾质量比的增大而减小，乙基纤维素包覆后的产品对染料废水的处理效果较好。（4）模拟染料废水试验中，随着高铁酸钾和染料的摩尔比增加，染料的处理效果明显提高。随着温度的升高反应起始的速率越快，但时间持续越短，反应达到终点越快。但是高温导致高铁酸钾活性降低，稳定性下降，其处理效果不稳定。而在低温条件下，反应缓慢持续的时间比较长，而且处理效果比较理想。在pH为酸性条件下，反应速率很高，但由于高铁酸钾的自解，处理效果较差，当pH碱性时反应时间延长，高铁酸钾的稳定性最好，这时其处理效果也比较理想。高铁酸钾处理藻类模拟废水的实验中，藻类废水水体的浊度大大降低，用生物显微镜观察发现藻类数量也大幅度降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 高铁酸盐的结构和性质
• 1.1.1 高铁酸盐的热稳定性
• 1.1.2 高铁酸盐在溶液中的稳定性
• 1.1.2.1 浓度对稳定性的影响
• 1.1.2.2 溶液的 pH 和碱度对稳定性的影响
• 1.1.2.3 温度对稳定性的影响
• 1.1.2.4 光照和储存容器材质对溶液稳定性的影响
• 1.1.2.5 纯度对溶液稳定性的影响
• 1.1.2.6 溶液中掺杂对稳定性的影响
• 1.1.2.7 负载和包覆对固态高铁酸钾稳定性的影响
• 1.2 高铁酸盐的制备
• 1.2.1 过氧化物氧化法
• 1.2.2 次卤（氯）酸盐氧化法
• 1.2.3 电解氧化法
• 1.3 高铁酸盐的分析方法
• 1.3.1 滴定法
• 1.3.1.1 砷酸盐法
• 1.3.1.2 铬酸盐法
• 1.3.1.3 乙二胺四乙酸滴定法（EDTA 滴定法）
• 1.3.1.4 其它滴定法
• 1.3.2 分光光度法
• 1.3.2.1 间接分光光度法
• 1.3.2.2 直接分光光度法
• 1.3.3 循环伏安法
• 1.3.4 量气法
• 1.4 高铁酸盐的应用
• 1.4.1 高铁酸盐作为污水和饮用水的新型处理剂
• 1.4.1.1 用于杀菌消毒
• 1.4.1.2 去除有机物无机物污染物
• 1.4.1.3 去除重金属和放射性核素
• 1.4.1.4 高铁酸钾的絮凝作用
• 1.4.2 在化学电源中的应用
• 1.4.3 高铁酸盐作为洁净高选择性的氧化剂
• 1.5 本课题的目的、意义及研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 化学试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 高铁酸钾的制备
• 2.2.1 制备原理
• 2.2.2 制备步骤
• 2.2.3 浓度测定
• 2.3 高铁酸钾处理模拟废水实验
• 2.3.1 模拟染料废水的配制
• 2.3.2 高铁酸钾处理绿藻废水分析
• 2.4 高铁酸钾稳定性研究实验
• 2.4.1 高铁酸钾浓度的测定
• 2.5 包覆实验
• 2.5.1 包覆材料的筛选
• 2.5.2 包覆样品的制备
• 2.5.3 绘制高铁酸钾标准曲线
• 2.5.4 稳定性能的研究
• 2.5.5 缓释性能的研究
• 第三章 高铁酸钾的稳定性研究
• 3.1 研究影响高铁酸钾稳定性的化学因素
• 3.1.1 浓度对高铁酸钾稳定性的影响
• 3.1.2 溶液 pH 对高铁酸钾稳定性的影响
• 3.1.3 碱度对高铁酸钾稳定性的影响
• 3.1.4 温度对高铁酸钾稳定性的影响
• 3.2 掺杂对高铁酸钾稳定性的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 包覆型高铁酸盐的制备与研究
• 4.0 包覆材料的筛选
• 4.1 结果与讨论
• 4.1.1 包覆高铁酸钾稳定性的研究
• 4.1.2 包覆高铁酸钾释放性能的研究
• 4.1.4 乙基纤维素与石蜡缓释效果比较
• 4.1.5 包覆样品对染料废水处理效果
• 4.2 本章小结
• 第五章 高铁酸钾处理模拟废水
• 5.1 实验结果与分析
• 5.1.1 高铁酸钾处理亚甲基蓝染料的研究
• 5.1.1.1 投加量对脱色效果的影响
• 5.1.1.2 温度对脱色效果的影响
• 5.1.2 高铁酸钾处理活性艳蓝染料的研究
• 5.1.2.1 投加量对脱色效果的影响
• 5.1.2.2 温度对脱色效果的影响
• 5.1.2.3 pH 对脱色效果的影响
• 5.1.3 高铁酸钾处理含有绿藻废水的研究
• 5.2 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录