高鐵酸鉀的物化性質和制備方法

時間：2023-03-24 07:57:01來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

高鐵酸鉀的物化性質和制備方法

[db:作者] / 2023-01-12 00:00

高鐵酸鉀

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

[制備方法]國內外報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

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

Fe+3Na2O2→Na2FeO4+2Na2O

再加入過氧化鉀即可轉化為高鐵酸鉀。

2Fe+6K2O2→K2FeO4+5K2O

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

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

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

干法工藝的特點：反應溫度較高，可能有苛性堿存在或生成，使反應容器腐蝕嚴重。直接燒制產品的純度較低，需經后續提純處理。該法需嚴格控制操作條件，比較危險且難以實現，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，生成高鐵酸鈉，然后加入氫氧化鉀，將其轉化成高鐵酸鉀。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。反應原理如下：

該方法于1950年由Hrostowski等提出，采用該法制得的產品純度可達到96.9%，但產率很低，不超過10%～15%。Thomposn等對上述方法從制備與純化過程進行了改進，以硝酸鐵為鐵源原料，對粗產品依次用苯、乙醇、乙醚洗滌處理，產品純度保持在92%～96%，產率提高到44%以上。目前，國內外有大量對此法的研究報道。如采用鉀鈉混合堿法在制備過程中加入穩定劑，改進分離提純工藝等，從而提高溶液的穩定性，提高產物的時效和產率，而且回收利用了廢堿液，降低生產成本。

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作為氧化劑來制備高鐵酸鹽的報道。Evrard提出一種通過FeSO4·7H2O、KOH、Ca(ClO)2三種固體混合后所發生的固相反應來制備分子式為M(Fe，X)O4的堿金屬、堿土金屬高鐵酸鹽復合物的方法。這種方法所制產品雖為固體形式，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電解以鐵為陽極的堿性氫氧化物溶液來實現的，國外專利技術大量介紹電解合成高鐵酸鉀的工藝。電解法的生產機理是：以鐵片為陽極，鎳片或炭棒為陰極。在外加電源的作用下來電解氫氧化鈉溶液，使Fe或Fe3+轉化為FeO42-。其反應如下。

在電解后的溶液中加入過量的氫氧化鉀即可得到高鐵酸鉀。反應如下：

FeO42-+2K+→K2FeO4

電解法操作簡單，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轉化為K2FeO4。

[技術標準]HG3247-2008

[應用]

(1)水處理中的應用

高鐵酸鉀有很強的氧化性，同時其溶于水時生成的Fe(OH)3能吸附各種陰陽離子，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用。在用高鐵酸鹽處理水的過程中，因高鐵酸鉀本身不含有害物質，在用于水處理時不會產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，由于氯系氧化劑在處理有機物廢水時易生成具有毒性的有機氯化物，高鐵酸鹽是取代現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物。研究表明，高鐵酸鉀在氧化50%的苯、醇類如正已醇的同時，能夠有效降低水中的聯苯、氯苯等難降解有機物的濃度。面對那些還原性較強的污染物質，高鐵酸鹽表現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、無任何毒副作用的高效多功能水處理化學藥劑。

(2)高鐵酸鉀在有機氧化合成中的應用

氧化反應是有機反應的重要類型，隨著有機合成的發展，人們在氧化劑的選擇上提出了新的要求：原料轉化率高；產物選擇性和收率好；具有立體合成效用，氧化劑經濟、對環境影響較少。

目前常用的氧化劑主要是MnO2、KMnO4、CrO3、KCr2O、K2CrO4等無機氧化劑，這些氧化劑對人體有害，如K2CrO4的衍生物具有致癌作用，而且其還原產物也有毒性，會造成環境污染。再者這些氧化劑的選擇性差，需嚴格控制反應條件，目標產物的產率也不高。高鐵酸鉀相對上述無機氧化劑來說是一種理想的氧化劑，高鐵酸鉀氧化性強，可以氧化H2、-NH2、SCN、S2O6等無機化合物和醇、酸、胺等多種有機化合物，并不給環境帶來任何破壞，具有較強的選擇性和較高的收率，Audette等報道了用高鐵酸鉀氧化苯乙醇制備苯乙醛，苯乙醛收率達92%。因此，近年有許多關于用K2FeO4做氧化劑的報導。當然，K2FeO4在有機溶劑里的溶解性低使得它在有機化學里面的應用受到了比較大的限制，但是使用了PTF(Phase Transfer Catalysis,相轉移催化劑)如季銨鹽等之后在一定程度上彌補高鐵酸鉀的這一缺陷，使它在有機氧化中有更廣泛的應用。

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