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高铁酸盐是一种由六价铁酸根与金属离子组成的盐类,其通式为Mx FeO4. 高铁酸盐的放电产物为Fe (OH) 3 和水合氧化铁,对环境无污染并能起到凝絮作用,保护环境. 原料铁资源丰富,价格低廉,故可称其为新型“高能绿色环保”电池。
高铁酸盐的制备方法
高铁酸盐的制备方法主要分为化学法和电化学法两种。化学法又可分为次氯酸盐氧化法、过氧化物氧化法。电解法主要是利用电化学方法合成。
１、次氯酸盐氧化法
该方法是使用铁盐在碱性溶液中生成氢氧化铁,再用次氯酸钠将Fe3 +氧化成高铁酸钠,除去沉淀,加入过量的氢氧化钾,再经分离、洗涤纯化、干燥即可得到所需产品。
Fe3 + + 3OH-=Fe (OH) 3
2 Fe (OH) 3 + 3ClO- + 4OH-=2 FeO42- + 3Cl- + 5H2O
FeO42- + 2K+=K2 FeO4
该法以次氯酸盐为氧化剂,容易产生有毒的氯气,而且工艺条件需严格控制,程序繁琐,无法实现工业化生产。
2、过氧化物氧化法
该方法又称为熔融法,是将碱金属的过氧化物与铁、铁盐或氧化铁混合在500～1 000 ℃中熔融,反应生成高铁酸盐。
Fe + 3Na2O2=Na2 FeO4 + 2Na2O
Na2 FeO4 + 2KOH=K2 FeO4 + 2NaOH
该法反应温度较高,成本较大,干燥环境不易控制。
3、电解氧化法
该方法是铁阳极在浓碱溶液中电解发生氧化反应生成高铁酸盐, 再加入KOH 使之转化为K2 FeO4 沉淀下来。
阳极反应: Fe + 8OH-=FeO42- + 4H2O + 6e
阴极反应: 2H2O + 2e=H2 + 2OH-
总反应: Fe + 2OH- + 2H2O=2FeO42 - + 3H2
FeO42 - + 2K+=K2 FeO4
该法反应过程容易控制,不需要任何化学氧化剂,是一种绿色无污染的方法. 但是对电解槽和隔膜的材质要求较高,金属铁在阳极易钝化,高铁酸钠的不稳定,以及电流密度、电解温度、电解时间等因素都会影响电流效率。
为了改进制备方法，最近一些专家提出一种电解-电渗方法制备高铁酸钾。电解电渗法制备K2 FeO4 , 以14 mol/L 的NaOH为电解液,白口铸铁在阳极室被电解生成Na2 FeO4 , Fe + 2OH- + 2H2O=FeO42 - + 3H2. 然后在外加直流电场作用下,利用多孔陶瓷膜的电渗性能,使生成的Na2 FeO4 溶液浓缩,并进一步与KOH反应得到K2 FeO4。
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电解2电渗法合成K2FeO4 的电解槽结构示意
参考资料：《高能绿色环保高铁电池材料K_2FeO_4的制备》 作者：张俊喜 宋启云 张文博 董俊杰
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