高铁酸钾是一种
无机物,化学式为K2FeO4,是一种高效多功能的新型非氯绿色消毒剂。主要用于饮水处理。化工生产中用作
磺酸、
亚硝酸盐、亚铁
氰化物和其他无机物的
氧化剂,在炼锌时用于除
锰、
锑和砷,
烟草工业用于香烟
过滤嘴等。
发现历史
德国化学家格奥尔格·恩斯特·施塔尔(1660~1734)首先发现硝酸钾与铁粉混合点燃后生成的残渣,可溶于水而成紫色溶液。此后,法国化学家埃德蒙·弗雷米(1814~1894)发现
三氧化二铁与氢氧化钾共熔融反应后,在1841年得到可溶于水的产物,且产物组成与
高锰酸钾相类似。
性质
高铁酸钾纯品为
暗紫色有光泽粉末。198℃以下干燥空气中稳定。极易溶于水而成浅紫红色溶液,
静置后会分解放出氧气,并沉淀出
水合氧化铁。溶液的碱性随分解而增大,在强
碱性溶液中相当稳定,是优良的氧化剂。具有高效的消毒作用。比
高锰酸钾具有更强的氧化性。
高铁酸钾在198°C以下和在强碱性溶液中稳定,其稳定性随着溶液pH的升高而增加。
磷酸根、硼酸根、Fe3+、氢氧化铁、
二氧化锰、
二氧化铅会加速高铁酸钾分解。
高铁酸钾结晶为正交晶系,晶格常数 a = 76.9 pm,b = 103.3 pm,c=58.6 pm,空间群 Pnam,与硫酸钾和铬酸钾同晶型。
它是良好的氧化剂,有高效的消毒作用。密封干燥储存。
分解温度>80℃。易溶于水,形成深紫色溶液。不溶于乙醚、醇和
氯仿等
有机溶剂。
无毒,无刺激。
受热分解:
酸性条件分解:
指标名称指标
高铁酸钾(K2FeO4)/% ≥98.58
重金属(Pb)/%≤0.001
作用机理
高铁酸钾中的铁为+6价铁,不同于一般铁元素的+2或+3价态,在整个pH范围内都有很强的氧化活性,氧化电位可达2.20V,远高于高锰酸钾和
重铬酸钾,可直接氧化氨为硝酸盐,氧化硫化氢为硫酸盐,氧化有机物为二氧化碳和水,既能除臭又可解毒。由于高铁中的Fe(VI)在水中分解时并不直接转化为Fe3+,而是经历了由六价到三价不同电荷离子的中间形态的演变,在转化过程中会产生正价态水解产物,这些产物具有较大的网状结构,压缩并电中和水中的胶态杂质扩散层,因而表现出独特的
絮凝作用效果。
高铁酸钾入水后可以释放氧气,所以高铁酸钾有很强的放氧能力,可以补充水体溶解氧的不足。
作为一种水溶性很好的杀菌剂,高铁酸钾可通过强烈的氧化作用破坏微生物的细胞壁、细胞膜及细胞结构中的一些物质(如酶),抑制蛋白质及核酸的合成,阻碍微生物体的生长和繁殖,起到杀藻杀菌的作用。
用途
高
铁酸钾是含有FeO42-的一种化合物,其
中心原子Fe以六价存在,在酸性条件下和碱性条件下的
标准电极电势分别为E0 FeO42-/Fe3+=2.20V,E0 FeO42-/Fe(OH)3=0.72V,因此,无论在酸性条件,还是碱性条件下
高铁酸盐都具有很强的
氧化性,可以广泛用于水和废水的氧化、消毒、杀菌。因此,高铁酸盐是倍受关注的一类新型、高效、无毒的多功能
水处理剂。在饮用水的
处理过程中,集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等八大特点为一体的综合性能,是其他水处理剂不可比拟的。pH在6-6.5时,每
升水加K2FeO46mg-10mg,常温下30分钟即可杀灭水体中
致病菌、
大肠杆菌、
伤寒杆菌及
病毒去除率为99.5%-99.95%以上,无异味适口性好,达安全饮用标准。为此产品在水处理
系列产品中显示出超强的优势。
K2FeO4对于废水中的
BOD、
COD、铅、镉、硫等具有良好的去除作用,10mg—20mg/L的高铁酸钾氧化96%的BOD,去除86%的
氨氮和75%的磷,pH5.5时,原水浊度为28度(沉后余浊)条件下,30mg/L的高铁酸钾,可将水中
三氯乙烯去除85.6%,萘的去除率达100%,高铁酸钾良好的
絮凝作用,表现于水中与污染物作用的过程中,经过一系列反应,由六价降至三价,带有不同电荷的
中间态如:Fe(Ⅴ)/Fe(Ⅵ)等,并逐步被还原成具有絮凝作用的Fe(Ⅲ)。在印染、制革、印刷、造纸、制药、
石油工业、石化工业等均具有较好应用潜力。该产品在水体净化中的独特效果是同时发挥氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭的
协同作用,并不产生任何有毒、有害的物质。用多功能的复合药剂强化与拓宽现行常规
给水处理工艺的净水效能,可以不改变现有
工艺流程,不增加大的附属设施,适合中国国情的
饮用水消毒技术,具有广阔的
研究开发前景,并可能成为消毒
技术研究的一个主要方向。
3、高铁酸钾用于鱼塘水产养殖类水处理
K2FeO4可增加水体的
溶氧量对水体中氨氮、
亚硝酸盐、水
藻类具有良好的去除效果,用于清除水中
富里酸、
悬浮物,淡水中
富营养现象。水体灭菌、消毒、净化效果独特。
4. 高铁酸钾用于海洋防污治理
有关资料报导,高铁酸钾在
海洋环境净化方面的应用,以高铁酸钾和
过氧化物混合使用,作为无毒无害化的海洋防污剂,当他们的质量分别在2×10-8和3×10-7时,几乎显示出100%的防污效果,其良好的协同功能大大优于单独使用的效果,可用于近海
养殖场及近海环境的净化。
5、高铁酸钾用于游泳池水的再生使用
由于K2FeO4对水体净化的优越性能,可将其应用到游泳池水的循环再生使用,它不仅消毒杀菌,去除人体带入的污物和
悬浮固体,并对人体无任何伤害与刺激,安全无异味,投加方便,因此以它取代
氯气用于游泳池
水的消毒净化再生使用,是非常合适的。
6. 高铁酸钾用于
放射性废水的治理和用于去除砷、氰离子
高铁酸钾在处理放射性废水时有优良的性能,以高铁酸钾处理含
镅、
钚废水,在pH值为11.5—12时,可将总
α射线从3.0×106Pci/L降至3.0×103Pci/L以下 (1Pci=1012ci)。在
美国能源部对放射性废水的治理中,用K2FeO4以二步处理过程将总α射线从37000Pci/L降到40 Pci/L。实际应用证明,高铁酸钾的性能优于流行的放射性废水的治理方法,处理水浓度大大低于
排放标准。
高铁酸钾和其他除砷原料相比,具有简便、效果好、产生污泥量少,无
二次污染等优点,对于高砷饮用水,只要高铁酸钾投量与原水砷浓度达到15:1以上,处理后的水样中砷
残留量都可以达到国家
饮用水卫生标准小于0.01mg/L的要求。
高铁酸钾对氰离子CN-有很好的去除效果。当水溶液中的CN-
质量浓度为10mg/L时,用K2FeO4以75mg/L和167mg/L进行除CN处理,在pH为11.2接触10mg可去除大部分的CN-,其残余浓度为0.082mg/L~0.062mg/L,去除率可达到99.18%~99.38%以上。显示使用产品在
含氰废水治理中具有良好的应用效果。
高铁酸钾在水处理中由于功能独特,其应用研究继续深入。而潜在的用途包括在
化学工业中利用其强氧化性能,能够氧化
磺酸、亚硝酸盐、亚铁
氰化物和其他
无机物,造
氧化淀粉用于纸张
表面施胶及纺织品的精整。冶炼锌时用于除锰、锑和砷。在
烟草工业中用于
过滤嘴的制造(可氧化
尼古丁变为
香韵之味)。
高铁酸钾在电子与
国防工业中潜在的应用不断扩展,如:高铁酸钾“
纳米电池”是
储能密度大、体积小、重量轻、寿命长、
高电压、
高容量的新型无污染
化学电源。功率及
放电电流是普通电池的3—10倍。据有关资料记载的报导,可用其制成高效消毒
净化剂,使军队在作战条件下饮用水消毒灭菌,处理一些
放射性核污染的水,使其放射微粒可通过高铁酸钾的高效絮凝作用而除去,水质达到饮用级。实验发现,它具有除有机物,强化去除水中藻类,强化助凝控制剩余铝以及去除水中重金属等多种功能。
8、其他应用
制备方法
可由氯气与
氢氧化钠反应生成饱和
次氯酸钠浓
碱液,再用
硝酸铁氧化,经
氢氧化钾溶解而得。也可电解三
氯化铁和氢氧化钠溶液后,再与氢氧化钾反应制得。
由于制备工艺还不成熟,高铁酸钾在市场上比较少,在实验室制备的流程如下:
湿法
4.加入适量三氯化铁或
硝酸铁固体,用力研磨至紫红色
7.抽滤
电解法
电解液采用14M到16M的氢氧化钾溶液,阳极采用
比表面积较大的
铁丝网电极,阴极采用
石墨电极,电源采用
直流稳压电源,
槽电压3~7V,
表观电流密度80mA/cm2,
电解槽采用有
PVC隔膜的电解槽,电解8h左右,阳极室即可得高铁酸钾溶液。
本法操作简便,成功率高,易于实验室制备,缺点是纯度低,产品中含有
氢氧化铁等副产物。
或将三氯化铁和氢氧化钠溶液,在隔膜型电解槽,以铁阳极电解氧化,先生成铁的氧化一
氢氧化物络合物,在
卤素离子存在时,
电化学转化为高铁酸盐离子,与Na+结合成高铁酸钠,含量可达50~80g/L。用50%氢氧化钾溶液,按氢氧化钾与高铁酸钠
摩尔比值3:1反应生成高铁酸钾,抽滤,用
异丙醇脱碱、洗涤,经干燥制得高铁酸钾,放入密闭
干燥器中保存。
化学氧化法
将氯气通入氢氧化钠溶液生成饱和次氯酸钠浓碱溶液,缓慢加入硝酸铁氧化反应生成
高铁酸钠,用氢氧化钾转化成高铁酸钾,抽滤得粗品,再用氢氧化钾溶解,重结晶,用苯和95%
乙醇进行脱碱、
乙醚洗涤,干燥制得高铁酸钾产品,可立即使用或储存于隔绝空气的容器中。反应方程式为:
也可直接将氯气通入氢氧化铁、氢氧化钾的混合物中,反应如下:
用此法制得的高铁酸钾纯度不如方法一高。
次氯酸盐氧化法
将NaOH加入
反应釜中,加水溶解后冷却到20℃,通氯气充分饱和。然后过滤,除去固体
NaCl。滤液备用(波浪为
有效氯含量为70%~80%的次氯酸钠溶液)。
将滤液转移到氧化反应釜中,在20~30℃下一边搅拌一边
滴加Fe(NO3)3溶液。反应一段时间后取样测终点。当反应液中[Fe3+]<0.5mg/ml时即为氧化终点。到达终点后再继续搅拌一小时。然后加入40%的水溶液,静止后将析出的NaCl过滤除去。滤液备用。
将滤液转移至转化釜中,加入50%的KOH水溶液,在20~30℃下反应2h。析出的褐紫色沉淀便是K2FeO4。过滤,用冰水和
丙三醇洗涤
滤饼,
真空干燥,包装即可。
高温过氧化钠法
将
过氧化钠和
硫酸亚铁依次投入反应釜中,其投料比为3:1(
mol)。密闭
反应器,在氮气流中,
加热反应,在700℃下反应一小时。得到Na2FeO4粉末,将其溶于NaOH溶液,快速过滤。滤液转移至转化釜中,加入等摩尔KOH固体,析出K2FeO4结晶。用95%乙醇洗涤,真空干燥得成品。
用法用量
选择晴天,以100倍水稀释后,以50g/亩•米的用量全池均匀泼洒,可连续使用。
储存方法
应贮存于通风、干燥的库房中。不可与有机物、酸类及还原剂共贮混运。应防日光曝晒、防潮,要远离火种和热源。注意事项:产品吸潮后偶尔会发生胀气现象。请注意在空气湿度不超过60%的干燥环境下分装。产品胀气不影响产品的使用效果。
纸箱包装。防潮、防雨,远离其它化学品。