碘化鉀添加劑對直接電合成高鐵酸鉀的影響

無(wú)機鹽工業(yè)第43卷第2期20INORGANIC CHEMICALS INDUSTRY2011年2月碘化鉀添加劑對直接電合成高鐵酸鉀的影響何偉春,劉國勤,崔巍,唐營(yíng)(河南工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,河南鄭州450007)摘要:提出了一種 在氫氧化鉀溶液中使用碘化鉀添加劑直接電合成固態(tài)高鐵酸鉀的方法.使用CV、EDX、FT- IR和SEM等手段對鐵電極和高鐵酸鉀樣品進(jìn)行表征。結果表明,在65 C可以得到最高電流效率(76.6%), .產(chǎn)品純度為95.3% ~97. 8% ,高鐵酸鉀質(zhì)量濃度為66 g/L;在保持電流效率為63%以上的條件下,可將電流密度從2.5 mA/cm2提高到4.5 mA/cm2 ,與空白樣品相比提高了80%。EDX和IR檢測表明,使用添加劑所得到的樣品不含碘,與空白樣品相比其晶體外貌為較長(cháng)的多面體。關(guān)鍵詞:高鐵酸鉀;碘化鉀添加劑;電合成;電流效率;氫氧化鉀中圖分類(lèi)號:TQ131.13文獻標識碼:A文章編號:1006 - 4990(2011 )02 - 0020 -03Effects of potassium iodide additive on direct electrosynthesis of potassium ferrateHe Weichun, Liu Guoqin ,Cui Wei ,Tang Ying(School of Materials Science and Engineering ,He' nan Unitersity of Technology ,Zhengzhou 450007 ,China)Abstract:A new method for diret electrosynthesis of solid potassium frrate (K,FeO.) in KOH solution using potas -sium iodide ( KI) as additive was put forward. Fe electrode and K2 FeO, sample were characterized by means of CV ,EDX,IR,and SEM etc. . Resuls showed that using the aditive during syothesis could result in the highet curent eficiencyg of76. 6% ,product purity of95.3% -97.8% ,and a yield of 66 g/L K,FeO, at 65 C ;and the curent density could be en-hanced from 2.5 mA/cm2 to 4.5 mA/cm2 ,which is 80% higher than that of the blank sample when keeping current ef-ciency over 63%. EDX and IR results indicaled K, FeO, sample obtained by using additive contained lttle iodine and ap-peared longer polyhedron in shape than that of the blank sample.Key words :otassium frrate ;K] additive ;lecrosynthesis ;urent eficiency ;KOH高鐵酸鹽或者Fe(VI) 鹽是- -種氧化性極強的- 致,所用高比表面積的鐵網(wǎng)陽(yáng)極總表面積為氧化劑，可作為其他高毒性化合物的安全替代物,用600 cm2 ,陽(yáng)極液體積為90 mL。所用陽(yáng)極液和陰極在有機合成"和水處理等方面”。高鐵酸鹽作為液的KOH初始濃度相同,皆為14.5 mol/L,添加到陰極材料最近也被用在超鐵電池方面[3-5)。陽(yáng)極液中的添加劑KI濃度為3 mmol/L。所用化學(xué)高鐵酸鹽電化學(xué)合成法的研究在近20 a取得試劑均為分析純,水為去離子水。恒流電解由了重大進(jìn)展{(-1]。比如在濃NaOH中使用快速電WWL -3DC穩流穩壓電源控制(揚州雙虹電子有限合成方法已經(jīng)可以獲得0. 83 mol/L 的Na FeO,溶公司)。高鐵酸鹽的含量以亞鉻酸鹽法測定,可能液(7,而且發(fā)現在適當條件下鐵電極幾乎不鈍來(lái)自電解產(chǎn)物I'+的化合物誤差已做適當修正?；痆8-9);同時(shí)在KOH中可直接高效率電合成固態(tài)每次電合成過(guò)程施加電量均為6. 30 A,所用電KFeO。10。然而直接法能獲得電流效率在63%以流密度為1 ~5.9 mA/cm'。電解后用20 ~ 25 mL上的電流密度很小，只有1 ~2.5 mA/cm2 ,顯然這還2.5 mol/L的KOH冷溶液溶解黏附在鐵網(wǎng)陽(yáng)極上的不適合工業(yè)化生產(chǎn)需要。筆者研究了在濃KOH溶K,FeO% ,然后在0 C(使用冰浴)左右加入到90 mL液中使用添加劑KI對直接電合成KFeO,的影響，含固體K,FeO,的飽和KOH陽(yáng)極液中。經(jīng)過(guò)過(guò)濾所以期在較高電流密度下獲得較高電流效率。得浪中國煤化工水、6xIS mL冷的無(wú)得樣品在真空和1實(shí)驗80 ~TMHCNMHG實(shí)驗所用的電解槽、陽(yáng)極和陰極與文獻[7,10]將鐵電極置于一個(gè)經(jīng)典的三電極玻璃電解池*基金項目:河南省教育廳自然科學(xué)基金項目( 2083000);河南工業(yè)大學(xué)博土科研基金項目(2007BS9045)。2011年2月何偉春等:碘化鉀添加劑對直接電合成高鐵酸鉀的影響21中,用RST5000電化學(xué)工作站對樣品的CV曲線(xiàn)進(jìn)相比,節省了大量電能消耗。行測試;用EDAX GENEIS 4000型光譜儀對樣品的EDX進(jìn)行測試;用Nicolet Nexus 670型測試儀對樣添加K時(shí)未添加KI時(shí)品進(jìn)行FT- IR分析;用FEI SIRION - 100型顯微鏡。忠灣飲李本●電流效豐對樣品進(jìn)行SEM形貌觀(guān)察。> 8KFeO,的純度●K.FO的收率世來(lái)60←K.FrO,的純度2結果與討論40τ234567圖1為在e(KI) =3 mmo/L、KOH電流密度為電流密度/ (mAcm')2.5 mA cm2的條件下,添加或不添加KI時(shí)電解池圖2在KOH中使用與不使用KI添加劑直接電溫度對電流效率、純度和產(chǎn)率的影響。由圖1可見(jiàn),合成K.FeO,時(shí)電流密度的影響添加KI的條件下,在低溫時(shí)很少有高鐵酸鹽電合成圖3為在65C的14.5mo/LKOH溶液中使用出來(lái),然而隨著(zhù)溫度的升高和陽(yáng)極的活化，Fe(VI)或不使用添加劑KI,并以0.1 mV/s 電勢掃速極化電流效率.上升很快。Fe(WI)合成的最佳溫度為.65-75C,在此條件下的電流效率為75.3%”鐵電極所得到 Cv曲線(xiàn)。由圖3可知，當電勢由低76.2%、K,FeO純度為96.2% ~97.3%、K,FeO, 產(chǎn)到高掃描時(shí)，在兩條曲線(xiàn)上Fe( VI)的生成電流峰均率為93.3% ~93. 8% ,并且在高溫下制備的固態(tài)出現在析氧電流峰之前,而且析Fe( VI)與析氧電位K,FeO。 比溶解態(tài)的Fe( VI)穩定得多。不含添加劑之差分別是41 mV和28 mV。這表明添加劑的加入直接電合成K,FeO的情況與添加Kl的情況類(lèi)似，可以提高析氧過(guò)電位,繼而提升Fe( VI)的電流效但是其電流效率比較低，只有63.2% ~63.7%。即率。這種現象可能源于I-在鐵陽(yáng)極上被氧化成r”在電流密度為2.5mA/cm2,少量添加KI時(shí)的電流或I'含氧酸根并吸附在電極上,而這種吸附可以抑制氧氣的析出。此外,溶液中由于陽(yáng)極氧化所形成效率可以比空白樣品提高20%以上。的I( VI)可能與Fe( M )形成絡(luò )合物Fel0;-[2] ,從而降低了Fe( I )對Fe( VI)的催化分解作用。20「-無(wú)添加劑I添加K時(shí)未添加K時(shí)o電流效率二電流效率縣15AE;=28 mV。KFeO的收率 + K ,FeO的收率+ K.FoO的純度+ KjJFeOj的純度只10Fe(VI)-xt040506008090AE-43 mV溫度/C圖1在KOH中使用與不使用KI添加劑直接0.4 0506 0.7電合成K.FeO。時(shí)溫度的影響電壓/(V四s Hg/HgO)圖2為在65 C、含有3 mmol/L KI的KOH溶圈3在14.5 mol/L KOH中使用與不使用KI添加劑極化鐵電極時(shí)所得到CV曲線(xiàn)液中直接電合成K,FeO,時(shí)表觀(guān)電流密度對產(chǎn)品純度、產(chǎn)率和電流效率的影響,并與未添加KI的實(shí)驗對使用添加劑KI合成的樣品進(jìn)行EDX檢測結做了對比。由圖2可知,添加KI的條件下，電流效果表明,所得樣品含有質(zhì)量分數為0. 25%的錳(來(lái)率隨著(zhù)電流密度的提高,其下降速率先緩慢后迅速。自鐵網(wǎng)陽(yáng)極) ,但是沒(méi)有發(fā)現碘的存在元素分析顯在電流密度為1.0 mA/cm2時(shí)達到最高的電流效率示n(K): n(Fe): n(O) =2.0: 1.0: 4.0,與76. 6% ,陽(yáng)極液中K,FeO,的質(zhì)量濃度為66 g/L,其K,FeO.晶體所含元素數量-致。純度和產(chǎn)率分別為97.8%和93.5%。不添加KI的圖4為使用與不使用KI添加劑時(shí)所得樣品的條件下直接電合成K, FeO,時(shí)具有同樣的規律,只FT-IR譜圖。由圖4可知,兩種固態(tài)K,FeO,樣品是其電流效率明顯低于添加KI的。前者電流效率顯示中國煤化工具有特征主峰比后者的最大高出24% ,位于2.5 ~4.5 mA/cm'。807CNMH G,譜圖上還顯示由此可知,在添加KI的條件下,電流密度在電流效了一個(gè)覺(jué)帶3448cm和一個(gè)羽峰1 633 cm~',它率>63%時(shí)可以提高80% ,這與使用超聲波技術(shù)直們皆對應吸附水的伸縮振動(dòng)峰;1458 cm~'可能對接電合成KrFeO。的效果類(lèi)似!" ,但與超聲波技術(shù)應K.FeO,從KOH溶液制備時(shí)所吸附的CO;。2無(wú)機鹽工業(yè)第43卷第2期片顯示,與空白樣品相比其晶體外貌為較長(cháng)的多面701-添加KI602- -末添加KI體。m416參考文獻:購30ra48[1] 柳艷修,宋華,李鋒.綠色多功能無(wú)機材料高鐵酸鹽的應20fL807用[J].無(wú)機鹽工業(yè),2006 ,38(7):6-8.30015002500 3300” 4500[2] 陳武,彭友新.高鐵酸鉀的制備及應用研究進(jìn)展[J].無(wú)機鹽工波數/cm”業(yè),2009,41(5):9-11.[3] Yu X,Licht s. Advances in Fe( VI) charge storage Part I:Pimary圖4使用與不使用KI添加劑所得K,FeO,樣品紅外譜圖alkaline super-iron btterie[J]. J Power Sources, 2007, 171:圖5為使用與不使用KI添加劑時(shí)所得K,FeO,966 -980.樣品的SEM照片。由圖5a和圖5b對比可見(jiàn),前者[4] Yu X,Licht s. Advances in Fe( VI) chare songe Part I:Reversible alkaline super-iron btteries and nonaqueous super-iron比后者的顆粒細長(cháng)。btterie[J]. J. Power Sources ,2007 ,171 :1010 - 1022.[5] Wang s Q, Yang 2 H,Liu D R,et al. Evaluation of potassium fer-rnate( VI) ceathode material coated with 2,3 - naphthaloeyanine foralkaline super iron battery [ J]. Electochem. 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Solid State Electro-樣品相比提高了80%。其作用效果與使用超聲波chem. ,2007 ,1(3):413 -420.技術(shù)的效果相當,且減少能耗,更利于工業(yè)化生產(chǎn)。[12]楊衛華,畢冬勤,周艷,等. 電解法制備Kz FeO。過(guò)程添加劑的篩選[J].電化學(xué),2007 ,13(4) :445 -448.在65 C下使用與不使用KI添加劑并以0.1 mV/s掃速所得到的鐵電極CV曲線(xiàn)顯示，添加劑KI的加入收稿日期:2010-08 -23可以明顯提高電合成Fe( VI)時(shí)的析氧過(guò)電位,繼而作者簡(jiǎn)介:何偉春(1966- ),男,博士, 副教授,碩士生導師,主要提高Fe( VI)的電流效率。EDX和FT- IR測試表從事無(wú)機材料和電化學(xué)研究,已發(fā)表論文20余篇。明,使用添加劑KI所得到的樣品不含碘;SEM照片聯(lián)系方式:weichunhex@ 163. com新型加硅二氧化鈦除菌材料美國萊斯大學(xué)( Rice University) 的研究者開(kāi)發(fā)了一種新盟,中國煤化工傳彎曲使電子不受約型的除菌材料,除菌效果比其他產(chǎn)品提高3倍。他們嘗試用東,THCNMHGJ有效去除水中的污二氧化硅硅油或硅酸對二氧化鈦進(jìn)行處理數分鐘后可將染物。大理小咀使用以_氧化楓剛一條污染嚴重的河流水二氧化鈦的除菌效果大大提高。研究人員發(fā)現,將二氧化硅質(zhì)樣品進(jìn)行測試，實(shí)驗表明除菌效果明顯。該技術(shù)操作方黏結在二氧化鈦表面會(huì )引發(fā)能帶彎曲,使二氧化鈦受熱升便,成本低廉，在諸多領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。賈磊譯