复合高铁酸盐在水溶液中稳定性的研究

Posted 2023-01-13 分解

篇首语：给人以星火者，必怀火炬。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了复合高铁酸盐在水溶液中稳定性的研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

毛海荣，刘一真，樊耀亭，侯红卫
1.郑州师范高等专科学校化学系，河南郑州450052
2.郑州大学化学系；河南郑州450052
3.河南省基础及应用科学研究所，河南郑州450052
复合高铁酸盐通常指高铁酸钾和高铁酸钠的混合物。用复合高铁酸盐作为混凝剂，其絮凝效果优于单独使用高铁酸钾或高铁酸钠的情况。复合高铁酸盐除具有混凝剂的絮凝、凝聚特点外。还具有氧化、杀菌等多种效能。在水处理中可同时发挥氧化、絮凝、吸附、共沉、杀菌、消毒等协同作用，且不产生二次污染，它是近年来受到广泛关注的一种非氯型和环保型的新型水处理剂。
由于高纯度固体高铁酸盐的制备工艺条件苛刻，生产成本昂贵，使其工业应用受到极大限制，而液体高铁酸盐的生产成本虽然较低，但高铁酸盐在水溶液中的稳定性差，储存周期短，这些问题已成为制约高铁推广应用的主要瓶颈。
高铁在水溶液中极易氧化分解：4FeO～4-+10H2O→4F+20(OH一+302，高铁分解后所生成的Fe3作为自催化剂，又加速了高铁的分解速度，导致高铁的有效浓度急剧下降。因此，加强高铁酸盐在水溶液中稳定性的研究，延缓高铁酸盐的分解速度，延长其储存周期，对于解决高铁酸盐在工业领域的推广应用具有重要的意义。本文用分光光度法和循环伏安法研究了复合高铁酸盐在水溶液中的稳定性，并通过在复合高铁酸盐溶液中添加一种助剂A，改善高铁酸盐的稳定性能，取得了有意义的实验结果。
HP-8453型紫外可见分光光度计；CMBP一1型双恒电位仪；LZ3—104函数记录仪；81—2型恒温磁力搅拌器等。
1.2主要试剂
复合高铁酸盐溶液按文献方法制备，实验所用其他试剂均为分析纯。
1.3实验与分析方法
1.3.1紫外分光光度法
在20mL已知浓度新制备的复合高铁酸盐溶液中，按照助剂～高铁(φ)的体积比加入一定量的质量百分比浓度为10%的稳定助剂A，搅拌下使助剂A与高铁溶液混合均匀，在一定温度下恒温静置。用分光光度法定时测定高铁分解率随时间的变化曲线。
1.3.2循环伏安法
分别在50mL已知浓度的新制备的复合高铁酸盐溶液中，按比例加入质量百分比浓度为10%的稳定助剂A，搅拌下使助剂A与高铁溶液充分混合，40℃恒温水浴静置，用循环伏安法定时(测定时间间隔为24h)测定其最大还原电流(电流强度)，直至分解完全。循环伏安法测试条件：InitE(V)(初始电位)=-0.5，HighE(V)(扫描最高电位)=1.1，LowE(V)(扫描最低电位)=-0.5，InitP/N(电位扫描方向)：P，ScanRate(V.S)=0.2，Segment=2，Smplinterval(V)=0.001，Quiettime(s)=2，Sensitivity(A/V)=5×10(-5)，全部实验为15d。
1实验部分
1.1主要仪器
2结果与讨论
2.1温度及助剂A的影响
在0℃和25℃下，依表1实验条件，分别测定了高铁分解率随时间的变化曲线，结果示于图1。

由图1曲线可以看出，环境温度和助剂A对高铁稳定性均有较大的影响。在25℃的环境温度下，曲线2#位于曲线1#的下方，说明与未加助剂A的复合高铁酸盐溶液(1#)相比，加入助剂A后高铁溶液(2#)的分解速率明显降低，例如：当样品静置150h时，未加助剂A时的分解率约为20%，加入助剂A后的分解率只有约10%；当样品放置285h时，不加助剂A时(1#)高铁的分解率为32%，加入助剂A后(2#)高铁的分解率约为20%。从图1实验结果可以看出，随着放置时间的增长，两条曲线间的差异明显增加，这说明在高铁溶液中加入助剂A后高铁的分解率有一定程度的降低。在图1曲线上，高铁在25℃的分解曲线(2#)位于高铁在0℃时分解曲线(3#)的上方，说明降低温度也可抑制高铁的分解率，例如：当样品放置250h时，高铁在0℃时的分解率约为9%，而高铁在25℃时的分解率接近20%。由于高铁酸盐的水解为吸热反应，降低温度不利于高铁水解反应的进行，因此可在一定程度上抑制高铁的分解速率；但当温度升高时，高铁的氧化分解速度和自催化分解速度急剧增加，导致其分解速率的急剧增加。
上述实验结果表明，通过在高铁酸盐溶液中加入适量助剂A或者降低其储存的环境温度，都可有效抑制复合高铁酸盐在水溶液中的分解速率，延长其储存周期，使高铁的稳定性能得到显著改善。
2.2放置时间和助剂加入量的影响
在25℃下，依表2实验条件计量加入助剂A，测定高铁在水溶液中的分解率随时间的变化曲线，结果示于图2。

由图2可知，高铁在水溶液中的分解速率随着放置时间的增加而增加。例如，当放置时间为50h时，曲线4#～7#中高铁的分解率在5%-8%范围内，但放置125h后，其分解率增加至10%-22%。实验发现，由于高铁分解时所生成F的自催化作用，一旦高铁溶液中有三价铁的红褐色沉淀出现，其分解速率就急剧增加。
当其他条件相同时，随着助剂A加入量的增加，高铁在水溶液中的分解率依次下降。例如，在140h时，4#，5#，6#，7#的分解率分别为22%，17%，13.9%，10.5%。助剂A能抑制高铁分解的原因，可能是由于高铁分子被高度分散的助剂A均匀地包裹后，有效抑制了高铁分子之间的直接碰撞接触和三价氢氧化铁的沉淀速率，被助剂A均匀包裹的高铁分子与新生成的Fe3+离子的相互作用得到有效抑制，大大降低了高铁的自催化分解速度。
2.3循环伏安实验
高铁酸盐氧化还原电位为

依表3的实验条件，分别在高铁溶液中定量加入助剂A，在40℃恒温条件下用循环伏安法定时测定其还原电流，实验结果列于表4。从表4数据可以看出，高铁在水溶液中的循环伏安行为呈现一个单向的不可逆还原过程。随着高铁放置时间的增加，溶液中F0i的有效浓度不断降低，高铁的还原电流也随之下降，当溶液中高铁离子的分解趋近完全时，其相应的还原电流也降至趋近于零。例如：当测试条件为100mV.S时，8#样品在第一天的还原电流为146.3×10-3A(安培)，第二天的还原电流降至74.68×10(-5)A，降低了49%，第15天时已降至1.882×10～A，与第一天相比降低了98.7%；复合高铁酸盐溶液中加入助剂A后，由于高铁的分解速度得到抑制，其还原电流下降的程度也明显趋缓。例如：9#样品第一天的还原电流为96.88×10-3A，第二天下降至61.18×10-3A，与第一天相比下降了37%，第十五天的还原电流下降至2.239×10-3A，较第一天下降了97.6%。这说明助剂A对于抑制高铁酸根的分解是有效的。由于本文所使用的试验温度(40℃)较高，随着放置时间的增长，加入助剂A前后高铁的还原电流差异并不十分显著，这也从侧面反映出温度对高铁稳定性的影响更为显著。

3结论
通过在高铁酸盐溶液中加入适量助剂A或者降低其储存的环境温度，都可有效抑制复合铁酸盐在水溶液中的分解速率，延长其储存周期，使高铁的稳定性能得到显著改善；高铁在水溶液中的分解速率随着放置时间的增加而增加，随着助剂A加入量的增加而降低；高铁在水溶液中的循环伏安行为呈现一个单向的不可逆还原过程，其还原电流随着高铁放置时间的增加，溶液中FeSO4(2-)有效浓度的降低而递减。