高铁酸钠的稳定性及电化学合成研究

扬州大学

硕士学位论文

高铁酸钠的稳定性及电化学合成研究

姓名：徐小川

申请学位级别：硕士

专业：应用化学

指导教师：许文林;王雅琼

20050501

徐ｄ，Ｊ１ｌ：高铁酸钠的稳定性及电化学合成研究

摘要

高铁酸盐是一种具有应用和开发前景、环境友好的多功能“绿色化学”试剂，在水处理等领域有广泛的应用前景。目前高铁酸盐的合成法主要有化学氧化法、电化学法。化学合成法工艺复杂，成本较高，过程中需使用毒性很大的氯气，对环境造成很大污染，其推广应用受到限制。而电化学合成法操作过程简单，对环境—破好，但存在制各过程速率小和电流效率低的问题。本文以高铁酸钠的电化学氧化制备过程为研究体系，研究了碱溶液中高铁酸钠的稳定性，探讨了影响高铁酸钠稳定存在的因素。研究了在不同的操作条件下电解制备高铁酸钠，探讨了操作条件对电解制备高铁酸钠的影响，并将超声技术应用于该过程中，通过电化学和超声技术的耦合设法解决该过程中电极活性降低、过程电流效率低等问题，初步探讨了超声对高铁酸钠电解制备过程的影响规律。主要开展工作如下：

１．ＮａＯＨ溶液中高铁酸钠的稳定性

（１）ＮａＯＨ溶液的浓度对高铁酸钠稳定性的影响

在温度为４０．０。Ｃ下，分别对６．０ｍｏｌ·Ｌ１、１２．０ｍｏｌ·Ｌ～、１４．０ｍ０１．Ｌ＿１、１６．０ｍｏｌ·Ｌ‘１的ＮａＯＨ溶液中高铁酸钠的分解浓度进行了测定，由于高铁酸钠的分解反应符合一级反应动力学，因而可求得不同浓度的ＮａＯＨ溶液中高铁酸钠的分解速率常数及分解半衰期。实验测定的结果为：６．０ｍｏｌ·Ｌ～、１２．０ｍ０１．Ｌ一、１４．０ｍｏｌ－Ｌ一、１６．０ｍｏｌｒＬ“ＮａＯＨ溶液中的高铁酸钠的分解反应速率常数分别为０．１ｌｈ～、０．０８ｈ一、０．０６ｈ～、Ｏ．０４ｈ～；分解半衰期分别为６．３０ｈ、８．４６ｈ、１０．９５ｈ、１６＋９３ｈ。结果表明，随着ＮａＯＨ溶液的浓度增大，高铁酸钠的稳定性增强。

（２）温度对高铁酸钠稳定性的影响

在１２．０ｔ００１．Ｌ。１ＮａＯＨ溶液中，温度分别为３０．０。Ｃ、４０．０。Ｃ、５０．０。Ｃ下，对高铁酸钠的分解浓度进行了测定，并求得不同温度下高铁酸钠的分解速率常数及分解半衰期。实验测定的结果为：３０．０。Ｃ、４０．０。Ｃ、５０．０。Ｃ下的高铁酸钠分解速率常数分别为Ｏ．０４ｈ～、０．０８ｈ１、Ｏ．１７ｈ一；分解的半衰期分别为１７．４０ｈ、８，４６ｈ、４．１７ｈ；分解反应活化能为５８．１３ｋＪ－ｍｏｌ～，分解反应的速率方程为：

ｒ２１·１５４×１０’’ｅｘｐ（一５８·１３／丑丁）’Ｃ凡Ｄ．：一。结果表明，随着温度的升高，高

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铁酸钠稳定性减弱。

（３）Ｆｅｚ＋、Ｆｅ３＋对高铁酸钠稳定性的影响

在温度为５０．０＂Ｃ下，分别对添加Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋的１２．０ｍｏｌ·Ｌ。１ＮａＯＨ溶液中高铁酸钠分解浓度进行了测定。测定的结果为：碱溶液里含有Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋，使得高铁酸钠分解较快，其中Ｆｅ２十更能促进高铁酸钠分解。

（４）超声对高铁酸钠稳定性的影响

在温度为５０．０。Ｃ下，分别对有无超声作用下１２．０ｔｏｏｌ·Ｌ。１ＮａＯＨ溶液中高铁酸钠分解的浓度进行了测定。测定的结果为：在超声条件下高铁酸钠的分解速率比在无超声条件下的较快。

２．静止条件下电解法制各高铁酸钠

（１）不同的操作温度下电解制备高铁酸钠

在恒定的操作电流密度，操作温度分别为２０．０。Ｃ、３０．０。Ｃ、４０．０。Ｃ、５０．０＂Ｃ下，以纯铁为阳极，电解１２．０ｔｏｏｌ·Ｌ。１ＮａＯＨ溶液制备高铁酸钠，测定不同时间下的高铁酸钠生成的浓度。测定的结果为：高铁酸钠生成的浓度和电流效率均随着操作温度的升高而增加，在一定的温度下，电流效率从电解反应的开始到８０．０分钟，保持稳定不变。

（２）不同操作电流密度下电解制各高铁酸钠

在恒定的操作温度，操作电流密度分别为２０．０ｍＡ·响。、４０．０ｍＡ·Ｃ１ＴＩ．－２、６０．０ｍＡ．Ｃｌｌｑ＿一、８０．０ｍＡ·ｃｍ－２下，以纯铁为阳极，电解１２．０ｍｏｌ－Ｌ１ＮａＯＨ溶液制备高铁酸钠，测定不同时间下高铁酸钠生成的浓度。测定的结果为：高铁酸钠生成的浓度随着操作电流密度的增加而增大，电流效率随着操作电流密度增大而减小。

３．在超声条件下电解法制备高铁酸钠的影响

（１）不同的操作温度下超声对电解反应速率和电流效率的影响

在三电极体系中，以纯铁为研究电极，铂为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极。分别在温度为２０．０。Ｃ、３０．０。Ｃ、４０．０。Ｃ和５０．０。Ｃ，有无超声的作用下，在１２．０ｍｏｌ·Ｌ。ＮａＯＨ溶液中进行阳极的稳态极化。测定的结果为：超声能够改善电极活性；在相同的操作温度下，在有超声作用下的电化学反应速率均比在无超声作

徐，Ｊ，Ｊｌ』：高铁酸钠的稳定性及电化学合成研究

用下的电化学反应速率快；在操作温度为４０．０℃下超声的作用效应较为明显。

以纯铁板为阳极，不锈钢板为阴极，以１２．０ｍｏｌ·Ｌ。１ＮａＯＨ溶液为电解液，在恒流的条件下进行整体电解。在恒定的操作电流密度，操作温度分别为２０．０。Ｃ、３０．０℃、４０．０＂Ｃ和５０．０。Ｃ下，进行有无超声作用的电解制备反应，测定不同时间下的高铁酸钠的浓度。测定的结果为：在相同的操作温度下，有超声作用下高铁酸敏麴生成速率和电流效率均比无超声作用下高铁酸钠的生成速率和电流效率要大；在操作温度为４０．０。Ｃ下超声的作用效应较为明显。

（２）不同的操作电流密度下超声对电解反应速率和电流效率的影响以纯铁板为阳极，不锈钢板为阴极，以１２．０ｔｏｏｌ·ＬｏＮａＯＨ溶液为电解液，在恒流的条件下进行整体电解。在恒定的操作温度，操作电流密度分别为５０．０ｍＡ·ｃｍ之、１００．０ｍＡ·ｃｍ也、１５０．０ｍＡ·ｃｍ七和２００．０ｍＡ·ｃｍ－２下，进行有无超声作用的电解制备反应，测定不同时间下的高铁酸钠的浓度。测定的结果为：在相同的操作电流密度下，有超声作用下高铁酸钠的生成速率和电流效率均比无超声作用下高铁酸钠的生成速率和电流效率要大；超声的作用效应随着电流密度的增大而明显。４．ＮａＯＨ溶液的浓度、阳极材料对电解法制备高铁酸钠的影响

（１）ＮａＯＨ溶液的浓度对高铁酸钠生成速率的影响

以纯铁为阳极，在温度为４０．０。Ｃ，操作电流密度为１００．０ｍＡ·ｃｍｌ２下，分别在浓度为６．０ｔｏｏｌ·Ｌ－１、１２．０ｍｏｌ·Ｌ１、１４．０ｍｏｌ·Ｌ～、１６．０ｍｏｌ·Ｌ－１的氢氧化钠溶液中电解制备高铁酸钠，测定不同时间下高铁酸钠生成的浓度。测定的结果为：在１４．０ｍｏｌ·Ｌ‘１ＮａＯＨ溶液中制得的高铁酸钠的浓度最大，生成速率最快以及电解过程的能耗最小。（２）阳极材料对高铁酸钠生成速率的影响

在操作温度为４０．０℃，操作电流密度为１００．０ｍＡ·ｃｍ‘２下，分别以不锈刚、纯铁、铸铁为阳极，电解１４．０ｍｏｌ·ＬｏＮａＯＨ溶液制备高铁酸钠，测定不同时间下高铁酸钠生成的浓度。测定的结果为：以铸铁为阳极电解制得的高铁酸钠的浓度最大，生成速率最快，在这三种电极材料中，采用铸铁电解制各高铁酸钠较好。