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电化学法制备高铁酸盐应用与研究(2)

时间:2013-08-31 09:51 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:杨震 点击次数:


  3.2 阳极的影响 电极一般可以从下面两个标准进行选择,第一:铁和碳的含量。第二:电极是否具有多孔性。这两方面是阳极的选择中最主要的。不管是纯铁或者铸铁,含铁量应当达到90%~100%,并且可以从下面组合进行选择:按不同的比例将铁,铸铁,可锻铸铁,球墨铸铁,碳钢,不锈钢等进行组合。为了取得最大的表面积,一般选取铁丝网、钢丝网、编织金属布。
  3.2.1 阳极的组成 据研究,电化学制备高铁酸盐的浓度随着阳极碳含量的增加而增加。Bouzek等电解制备高铁酸盐以碳含量为3.16%的铸铁为阳极,电解温度为20℃,氢氧化钠浓度为14M,电解制备的浓度能到达65%。Denver等研究了碳含量对电流效率的影响,在碳含量为0.9%时,电流效率能达到70%;相同条件下,当碳含量为0.08%时,电流效率减少到12%。据报道,灰口铸铁是电化学中最为理想的阳极材料,在氢氧化钠浓度为14M,20℃下,电流密度为4.54mA/cm2,电流效率最高能达到68.5%。Lescuras等在自制反应器中,以硅含量较高的灰口铸铁为阳极,电流效率在20~40%之间时,高铁酸盐浓度能达到0.08M。
  3.2.2 阳极孔隙度 Koninck和Belanger等研究了阳极孔隙率对高铁制备的影响。通过对铁粉和铁箔进行比较,发现阳极以铁粉的形式存在对钝化层的形成有一定的阻碍作用,可以增加高铁制备时的电流效率,以获得更高的浓度。Ding等进行了以多孔磁铁为阳极来制备高铁酸盐的研究,在阳极磁铁发生的反应如下:
  Fe3O4+16OH-→3FeO42-+8H2O+10e-
  与铁阳极进行比较,发现制备1M的高铁酸盐电子需求量从6M降到了3.3M。Koninck等对电解条件进行了优化:在氢氧化钠浓度为16M,电流密度为3.3mAcm-2,电解槽温度为30℃,电解时间5h,电流效率达到52.3%。
  3.2.3 阳极的钝化 阳极的钝化是电化学制备过程中的一个必然现象,随着电解的进行将在电极表面形成一层钝化膜,并阻止了电解过程的进行。在水处理中首先研究了阳极钝化的影响,并提出了以下几个可行的方式来减缓阳极的钝化,后来都经过了证实。①运用可逆的电极极性来减缓阳极钝化;②优化反应器设计来减缓阳极钝化;③添加氯离子来减缓阳极钝化。
  3.3 电解液的选择 一般选择氢氧化钠溶液作为电解液。据报道,通过比较氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾,发现以氢氧化钠作为电解液是电解法制备高铁酸盐中最好的。
  然而,He等报道了氢氧化钾作为电解液比氢氧化钠更好,在相同的条件下,以氢氧化钠作为电解液电流效率为55%,而氢氧化钾能达到73.2%,当电解温度超过50℃时,氢氧化钾作为电解液的优势更加明显,因为高铁酸盐在氢氧化钾溶液中更为稳定,从而可以获得更高的浓度。
  3.4 电流密度 Bouzek和Macova等在不同温度下分别以纯铁和铸铁为阳极研究对高铁酸盐合成的影响。以纯铁为阳极,在30℃下,电流密度为20A/m2,浓度能达到60%。以铸铁为阳极,在20℃下,电流密度为80A/m2,最高浓度为55%。结果发现电解的温度将直接影响到电流效率。
  He等研究了在不同NaOH浓度下,电流密度对合成高铁酸盐浓度的影响。在35℃下进行电解,阳极表面积为85.4cm2,电解液体积为170ml,结果发现在电解液浓度为16.32M时,高铁酸盐浓度能达到70%。
  4 建议
  通过综述电解法制备高铁,主要有下面几条建议:①在最优化的条件下,为了获得高产量的高铁,要使用经济的阳极材料,如铸铁、阳极棒等。②研究多种电解液的组合,如氢氧化钠、氢氧化钾、二者联用等,以获得高产量的高铁。③研究不同含碳量对高铁制备的影响。④通过比较磁铁、纯铁、铸铁等研究阳极空隙率的影响。⑤确定最佳的制备工艺。⑥在水处理中,开展应用高铁进行去除COD、BOD、SS、有机物、细菌等的研究。⑦为了获得最经济实用的生产方式,必须考虑电解质成本、电极成本和电力成本。
  5 结论
  综上所述,主要有以下结论:①电解法制备高铁比化学法更经济,操作简单、试剂相对便宜。②影响电化学法制备高铁主要有以下几个方面:阳极的组成、电解质的种类和浓度、电流密度、反应器的设计。③在水处理中,高铁是一种氧化性最强的氧化剂之一,具有良好的应用前景。④在制备过程中,研究最佳工艺和提纯的最经济方式,是研究高铁的主要方面。⑤通过现场制备高铁,并进行应用是完全可行的。
  参考文献:
  [1]Virender K.Sharma.Potassium ferrate(VI):An environmentally friendly oxidant [J].Advances in Environmental Research,2002,6(2):143-156.
  [2]Jiang J Q,Lloyd B,Grigore L.Preparation and evaluation of potassium ferrate as an oxidant and coagulant for potable water treatment[J]. Environmental Engineering Science,2001,18 (5):323-328.
  [3]刘永春,谢家理.高铁酸盐在水和废水处理中的应用进展[J].四川环境,2004,23(2):17-21.

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