以铸铁为阳极电解制备高铁酸钠过程研究

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高铁酸盐是一种集消毒、氧化、絮凝、吸附以及助凝为一体的、无毒副作用的高效多功能水处理化学药剂,而且在水处理等领域具有广泛的应用和开发前景,是一种环境友好的多功能“绿色化学”试剂。本文以铸铁为阳极电解制备高铁酸钠,探讨了电解条件和超声作用对电解制备高铁酸钠过程的影响。主要开展工作如下:1.电解条件对高铁酸钠表观生成速率的影响以铸铁阳极电化学氧化制备高铁酸钠为研究体系,探讨了NaOH溶液浓度、操作电流密度、体系温度以及电解液对高铁酸钠表观生成速率的影响。实验结果表明:(1)在实验条件下,电解初期的高铁酸钠表观生成速率较大,而随着电解时间的延长,高铁酸钠表观生成速率逐渐减小。如,体系温度为40℃,操作电流密度为50mA·cm-2时,在14 mol·L-1NaOH溶液浓度中电解制备高铁酸钠,电解15分钟时高铁酸钠的表观生成速率为8.91 mmol·L-1·h-1,而电解时间为75分钟时,高铁酸钠的表观生成速率为3.15 mmol·L-1·h-1,比15分钟下降了64.6%。(2)在相同电解时间下,高铁酸钠的表观生成速率均随着NaOH溶液浓度、操作电流密度、体系温度的增大而增大。如,电解时间都在30分钟时,在体系温度为40℃、操作电流密度为50mA·cm-2时,电解制备高铁酸钠的表观生成速率在12 mol·L-1、14 mol·L-1、16 mol·L-1NaOH溶液中分别为5.80 mmol·L-1·h-1、7.13 mmol·L-1·h-1、7.80 mmol·L-1·h-1;而在体系温度为40℃、电解液为14 mol·L-1NaOH时,电流密度为50 mA·cm-2、100 mA·cm-2、150 mA·cm-2下的高铁酸钠表观生成速率分别为7.13 mmol·L-1·h-1、12.33 mmol·L-1·h-1和16.02 mmol·L-1·h-1;在操作电流密度为50mA·cm-2、电解液为14 mol·L-1NaOH时,体系温度在30℃、40℃和50℃下高铁酸钠的表观生成速率分别为4.73 mmol·L-1·h-1、7.13 mmol·L-1·h-1、9.34 mmol·L-1·h-1。(3)以NaOH溶液为电解液电解制备高铁酸钠的表观生成速率要高于以KOH为电解液制备的表观生成速率。如,在相同电解条件下,电解时间为30分钟时,以NaOH溶液为电解液电解制备高铁酸钠的表观生成速率为7.13 mmol·L-1·h-1,而以KOH为电解液制备的表观生成速率为2.42 mmol·L-1·h-1,比以NaOH溶液为电解液下降了66.1%。2.电解条件对电解法制备高铁酸钠过程瞬时电流效率的影响以铸铁为阳极电解制备高铁酸钠为研究体系,探讨了NaOH溶液浓度、操作电流密度、体系温度和电解液对电解制备高铁酸钠过程的瞬时电流效率的影响。研究结果表明:(1)在实验条件下,电解制备高铁酸钠过程的瞬时电流效率均随着电解时间的延长而下降。(2)在相同电解时间下,随着NaOH溶液浓度、体系温度的增大,电解制备高铁酸钠过程的瞬时电流效率也逐渐增大,但随着操作电流密度的增大而下降。(3)以NaOH溶液为电解液制备高铁酸钠过程的瞬时电流效率要高于以KOH为电解液制备过程的瞬时电流效率。3.超声对电解制备高铁酸钠过程的影响采用整体恒流电解法,以铸铁阳极电解制备高铁酸钠为研究体系,探讨了超声对电解制备高铁酸钠过程的影响。研究结果表明:(1)在不同NaOH溶液浓度、操作电流密度和体系温度中,有超声作用时高铁酸钠单位体积的累计生成量和电解过程的瞬时电流效率均高于静止条件时单位体积的累计生成量和瞬时电流效率。(2)超声对电极表面形貌产生影响。由于超声空化效应及其相关效应强化了传递过程,反应产物被及时传递到溶液中;另一方面,超声的空化效应及空化泡破裂瞬间产生的微射流对电极表面有凹蚀作用,电极表面被及时更新,增大电极表面的真实表面积,从而提高了高铁酸钠单位体积的累计生成量和电解过程的瞬时电流效率。
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