一种脉冲超声和水力空化耦合协同活化制备高铁酸盐的方法
【专利摘要】本发明提供一种水处理剂的制备的方法，可用于高效水处理剂高铁酸盐的制备，属于环保【技术领域】。本方法是先充分搅拌的条件下，将铁盐溶液加入强碱性溶液中，生成氢氧化铁。然后再在充分搅拌的条件下，先加入适量稳定剂，后加入次氯酸盐溶液，再加入强碱固体粉末使其溶解至饱和，继而将反应物料通过脉冲超声和水力空化耦合反应器进行空化处理，让Fe(OH)3被充分氧化，生成高铁酸盐产品。再将溶液冷却，固液分离，将固相中的高铁酸盐进行纯化，得到高铁酸盐产品，液相的碱液回收并回。本方法具有低成本、高产率、产品纯度高、设备投资小等特点，很适合于高铁酸盐的制备。
【专利说明】一种脉冲超声和水力空化耦合协同活化制备高铁酸盐的方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及一种水处理剂的制备的方法，可用于高效水处理剂高铁酸盐的制备，属于环保【技术领域】。
【【背景技术】】
[0002]高铁酸盐是指含有Fe(VI)O4酸根与金属离子组成的盐类，其具备很强的氧化性，它的氧化还原电位在酸性条件下为2.20V，在碱性条件下为0.72V，比KMn04、O3> Cl2等这些比较常用到的氧化剂还要强。作为一种非氯的新型高效饮水消毒剂和水处理剂，其可去除传统的水处理剂很难彻底去除有害的氯代污染物，尤其是对酚和硫化物有明显的氧化去除效果，还可以安全有效地氧化水中的CN_。除了具有极强的氧化性外，反应后生成具有高度吸附活性的Fe3+，可以在很宽的pH值范围内吸附絮凝大部分离子、有机物和悬浮物。高铁酸钾集氧化、杀菌、吸附、絮凝、助凝、脱色、除臭等多功能于一体，且最终产物是无毒的三价铁离子，不会产生诱导基因突变和致癌的作用，是环境友好的处理剂。高铁酸盐不但可以作为水处理剂，而且还在电极活性材料、石油化工催化剂等方面有很多应用，因此，研究高铁酸盐的制备方法已经成为一个重要的课题。
[0003]现有的高铁酸盐的制备方法主要有高温过氧化物氧化法、电解法和次氯酸盐法三种。高温过氧化物氧化法是将具有氧化性的金属氧化物与铁、铁盐或者铁的氧化物在高温加热条件下反应生成高铁酸盐方法，该法需严格控制操作条件、生产成本高、比较危险且自难于实现，目前很少采用。电解法是在铁阳极上发生氧化反应.使铁或铁离子氧化成高铁酸根的方法，此法存在能源耗高、副产品较多等问题有待解决。次氯酸盐法是在强碱性溶液环境中，以饱和次氯酸盐溶液和铁盐为原料，通过次氯酸盐对铁的氧化反应生成高铁酸盐的方法，该法生产工艺成熟，设备投资较少，容易实现，是一种常用的制备方法，但由于其氧化过程效率较低，需要加入过量的氧化剂，这不但增加的成本，加快了设备腐蚀，而且还加大了的产品提纯过程的难度。因此，强化其氧化过程，提升其氧化效率，是降低次氯酸盐法制备闻铁酸盐的成本、提闻广品品质的一个重要途径。
【
【发明内容】
】
[0004]本发明的目的就是通过脉冲超声和水力空化耦合强化次氯酸盐的氧化过程，提高氧化效率，有效解决上述的碱次氯酸盐法的缺陷。现有的次氯酸盐法是将次氯酸盐和铁盐加入强碱性溶液中，铁盐先生成氢氧化铁沉淀，然后再被次氯酸盐氧化。其化学反应为:
[0005]Fe3++30r -- Fe (OH) 3 I
[0006]2Fe (OH) 3+3010>40H- = 2Fe042>5H20+3Cr
[0007]由于氧化反应发生在氢氧化铁固体表面，这种液固相反应过程很容易由于液固相传质过程的限制、固相反应表面被钝化等原受到阻碍，使反应效率降低。
[0008]此时如果将物料通过脉冲超声和水力空化耦合反应器进行空化处理，由于脉冲超声和水力空化的耦合可以产生高强度的空化作用，这种空化作用可以产生局部的高速微喷射流，氢氧化铁固体表面在这种高速微喷射流的冲击下发生活化，在这种活化的固体表面上，固液相的氧化反应过程被加速，另一方面，微喷射流还加速了固液相反应的传质过程，因此，不管是反应控制还是扩散控制的固液相氧化过程，在空化作用下，其反应都被加速，反应效率得到提闻。
[0009]因此本方法可分为如下步骤:
[0010]1、在充分搅拌的条件下，将铁盐溶液加入强碱性溶液中，生成氢氧化铁。
[0011]2、在充分搅拌的条件下，先加入适量稳定剂，再加入次氯酸盐溶液，最后补充强碱固体粉末使其溶解至饱和。
[0012]3、将反应物料通过脉冲超声和水力空化耦合空化反应器进行空化处理，让Fe (OH) 3被充分氧化，生成高铁酸盐产品。
[0013]4、冷却，固液分离，将固相中生成的高铁酸盐进行纯化，得到高铁酸盐产品，液相的碱液回收并回用。
[0014]本方法具有低成本、高产率、产品纯度高、设备投资小等特点，很适合于高铁酸盐的制备。
【【具体实施方式】】
[0015]用下列非限定性实施例进一步说明本发明的【具体实施方式】和效果:
[0016]实施例1
[0017]1、在1000升的反应釜中，加入饱和氢氧化钾溶液120升，充分搅拌的条件下，逐渐加入45%的三氯化铁溶液60升，再充分搅拌半小时。
[0018]2、在充分搅拌的条件下，先加入50%的氯化铜溶液5升，再加入10% (有效氯)的次氯酸钾3、溶液200升，最后加入粒度小于600目的氢氧化钾粉末300公斤，再搅拌半小时。
[0019]3、将反应物料反复输入脉冲超声和水力空化耦合空化反应器进行空化处理，控制浆料在空化反应器内的累积处理时间达到一个小时。空化处理完成后，溶液呈透明。脉冲超声和水力空化耦合空化处理装置及工艺条件如下:
[0020]水力空化机构采用两个前后相继的多孔板，第一个多孔板孔径3.0mm，板厚12mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.085，第二个多孔板孔径2.5mm，板厚10mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.125，两个多孔板的距离同空化反应器管道横截面积之比2.5，空化反应器进口物料压力为0.80Mpa,出口压力为0.15Mpa.[0021]空化反应器中采用两个分别位于两个多孔板下游探头式超声波发生器作为超声波发生源，第一个探头距第一个多孔板距离为10mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比1.5w/cm2，频率60kH，脉冲周期200ms，占空比为0.05。第二个探头距第二个多孔板距离为15mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比2.0w/cm2，频率IOOkH,脉冲周期150ms,占空比为0.03。
[0022]4、冷却溶液至O °C，离心得到固相为高铁酸钾粗产品，液相碱液回收并重复使用。粗产品用饱和氢氧化钾溶液洗涤5次，洗涤液冷却，可也得到高铁酸钾固体。将洗涤后及洗涤液冷却得到的高铁酸钾固体依次用甲醇、乙醚洗涤，抽滤、干燥后可得到纯高铁酸钾产品O
[0023]按照上述步骤制备高铁酸钾，收率达到96.8%，产品纯度达到98.7%。
[0024]实施例2
[0025]1、在1000升的反应釜中，加入饱和氢氧化钠溶液120升，在声频为22kHz、功率为1.2kw的超声波辐射、充分搅拌的条件下，逐渐加入饱和的硝酸铁溶液100升，再充分搅拌40分钟。
[0026]2、在充分搅拌的条件下，先加入15%的硅酸钠溶液15升，再加入10% (有效氯)的次氯酸钠溶液150升，最后加入粒度小于600目的氢氧化钠粉末300公斤，再搅拌半小时。
[0027]3、将反应物料反复输入脉冲超声和水力空化耦合空化反应器进行空化处理，控制浆料在空化反应器内的累积处理时间达到一个半小时。空化处理完成后，溶液呈透明。脉冲超声和水力空化耦合空化处理装置及工艺条件如下:
[0028]水力空化机构采用两个前后相继的多孔板，第一个多孔板孔径3.0mm，板厚12mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.080，第一个多孔板孔径2.5mm，板厚10mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.12，两个多孔板的距离同空化反应器管道横截面积之比2，空化反应器进口物料压力为0.85Mpa，出口压力为0.15Mpa.[0029]空化反应器中采用两个分别位于两个多孔板下游探头式超声波发生器作为超声波发生源，第一个探头距第一个多孔板距离为10mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比2w/cm2，频率60kH，脉冲周期100ms，占空比为0.05。第二个探头距第二个多孔板距离为15mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比2.5w/cm2，频率IOOkH,脉冲周期150ms,占空比为0.03。
[0030]4、冷却溶液至0°C，离`心得到高铁酸钠粗产品，再用饱和氢氧化钠溶液洗涤5次，洗涤液冷却，可得到高铁酸钠固体。将洗涤后及洗涤液冷却得到的高铁酸钠固体依次用甲醇、乙醚洗涤，抽滤干燥后可得到纯高铁酸钠产品。
[0031]按照上述步骤制备高铁酸钠，收率达到96.3%，产品纯度达到98.5%。
[0032]实施例3
[0033]1、在1000升的反应釜中，加入饱和氢氧化钾溶液100升，在声频为25kHz、功率为
1.5kw的超声波辐射、充分搅拌的条件下，逐渐加入饱和的硝酸铁溶液100升，再充分搅拌半小时。
[0034]2、在充分搅拌的条件下，依次加入15%的硅酸钠溶液5升，50的氯化铜溶液2升，10% (有效氯)的次氯酸钠溶液200升，最后加入粒度小于600目的氢氧化钾粉末350公斤，再搅拌半小时。
[0035]3、将反应物料反复输入脉冲超声和水力空化耦合空化反应器进行空化处理，控制浆料在空化反应器内的累积处理时间达到两个小时。空化处理完成后，溶液呈透明。脉冲超声和水力空化耦合空化处理装置及工艺条件如下:
[0036]水力空化机构采用两个前后相继的多孔板，第一个多孔板孔径3.0mm，板厚12mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.085，第二个多孔板孔径2.5mm，板厚10mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.125，两个多孔板的距离同空化反应器管道横截面积之比2，空化反应器进口物料压力为0.75Mpa，出口压力为0.15Mpa.[0037]空化反应器中采用两个分别位于两个多孔板下游探头式超声波发生器作为超声波发生源，第一个探头距第一个多孔板距离为10mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比1.5w/cm2，频率40kH，脉冲周期200ms，占空比为0.1。第二个探头距第二个多孔板距离为15mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比2.0w/cm2，频率60kH，脉冲周期150ms,占空比为0.08。
[0038]4、冷却溶液至0°C，离心得到高铁酸钾粗产品，再用饱和氢氧化钾溶液洗涤5次，洗涤液冷却，可得到高铁酸钾固体。将洗涤后及洗涤液冷却得到的高铁酸钾固体依次用甲醇、乙醚洗涤，抽滤干燥后可得到纯高铁酸钾产品。
[0039]按照上述步骤制备高铁酸钾，收率达到95.6%，产品纯度达到98.2%。
[0040]以上所述的实施例仅表达了本发明的优选实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制，因此本发明并不限于此具体的工艺流程。本领域技术人员根据本发明的技术方案和构思，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。所以，凡根据本发明权利要求范围得出 的其他实施方式，均应属于本发明涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种脉冲超声和水力空化耦合协同活化制备高铁酸盐的方法，其特征在于包含如下步骤: (1)、在充分搅拌的条件下，将铁盐溶液加入强碱性溶液中，生成氢氧化铁。 (2)、在充分搅拌的条件下，先加入适量稳定剂，再加入次氯酸盐溶液，最后补充强碱固体粉末使其溶解至饱和。 (3)将反应物料通过脉冲超声和水力空化耦合反应器进行空化处理，让Fe(OH) 3被充分氧化，生成闻铁酸盐广品。 (4)、冷却，固液分离，将固相中生成的高铁酸盐进行纯化，得到高铁酸盐产品，液相的碱液回收并回用。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述的脉冲超声波发生源置于水力空化机构下游，水力 空化机构为孔板装置，脉冲超声波发生源为钛制探头。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述强碱为氢氧化钾或氢氧化钠中的一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述第(I)步的铁盐为氯化铁或硝酸铁中的一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述第(2)步的次氯酸盐为次氯酸钠或次氯酸钾中的一种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于:所述第⑵步的稳定剂为氯化铜、硅酸钠中的一种或或其混合物。
【文档编号】C01G49/00GK103449529SQ201310354235
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月9日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】谢逢春, 何溪 申请人:华南理工大学, 惠州大亚湾惠绿环保服务有限公司