高铁酸钾氧化含氮化合物的反应动力学研究

徐 敏

(张家口市第一中学，河北 张家口 075000)

0 引 言

含氮化合物污水不仅会破坏生态平衡，而且对人体健康也造成一定的危害，因此对含氮化合物的污水进行净化处理是非常必要的.高铁酸钾可以对含氮化合物的污水进行强氧化处理，还原生成对人体和环境无危害的三价铁化合物，这项技术在水净化处理中被广泛应用.

1 高铁酸钾生产工艺及特点

1.1 高铁酸钾生产工艺

第二种熔融法，熔融法也被称为高温氧化法，在具有充足氧气的实验条件下，按照一定的比例把铁的氧化物和碱金属的过氧化物进行混合，通过高温煅烧而形成K2FeO4.熔融法制成的产品副产物少，浓度纯度高，但是由于碱金属过氧化物的存在，制作的高锰酸钾容易具有爆炸的危险.

第三种次氯酸盐氧化法，次氯酸盐氧化法中的间接法是把三价铁盐加入到强碱性次氯酸钠中，生成Na2FeO4，然后再通过KOH作用，进而生成K2FeO4.因为K2FeO4在碱性溶液中的溶解度小，这样可以把溶液的温度降低，K2FeO4通过沉淀的形式析出.然后对其进行分离和提纯操作，这样就可以得到K2FeO4固体了.次氯酸盐氧化法中的直接法是把次氯酸钾作为氧化剂，对Fe3+进行氧化生成K2FeO4，这样高铁酸钾的生成工艺被简化了，在生成流程过程中产品损失小，而且提高了高锰酸钾生成的效率.

1.2 高铁酸钾特点

稳定性，高铁酸钾晶体可以长期的稳定存放在干燥环境中.影响高铁酸钾的稳定性因素很多，如溶液的温度和溶液的PH值等，温度在80度以上的条件下高锰酸钾晶体会自动分解.在强碱溶液的环境下K2FeO4可以稳定存在，如果在酸性或者弱碱的环境下，那么K2FeO4很容易被分解，公式如式(1)所示：

(1)

氧化性，高铁酸钾的氧化性主要是因为高铁酸钾中含有的正六价的铁Fe(VI).在酸碱溶液中，K2FeO4的还原电极电势能力很高.

2 高铁酸钾在水处理中的作用

K2FeO4作为水处理剂，与Cl2相比不会产生有害的三氯甲烷等物质.K2FeO4具有氧化和沉淀作用，由于很多排放的污水中含有醇类、氰化物和氮化合物等有害物质，造成生态系统被严重的破坏了，人们的生活用水被严重污染.K2FeO4可以对水中的醇类、氰化物和氮化合物等有害物质进行氧化去除，而且形成的Fe(OH)3可以通过絮凝剂的作用把颗粒物清除.实验表明，少量的Fe(OH)3就可以通过氧化和沉淀作用，把含氮化合物污水中的氮化合物有害物质清除，高铁酸钾氧化还原作用效果非常强.

K2FeO4具有较强的杀菌消毒作用，对细菌结构中的酶进行破坏阻止细菌核酸生成，达到抑制细菌繁殖的目的.在大肠杆菌的实验中，把4mg/LK2FeO4加入到大肠杆菌的溶液中12分钟后，灭菌效果可以达到99%以上，实验表明K2FeO4对大肠杆菌和噬菌体等很多种的病毒都具有很好的灭活效果.

3 高铁酸钾氧化含氮化合物反应动力学实验研究

本实验以高铁酸钾氧化乙醇胺的反应动力学实验为例进行研究.

3.1 试剂和仪器

实验选用试剂如表1所示：

表1 实验试剂

实验选用仪器如表2所示：

表2 实验仪器

3.2 高铁酸钾制备过程

在选择好的烧瓶内加入一定重量的高锰酸钾固体晶体，然后把浓度为38%的盐酸倒入反应瓶内，把生成的Cl2通入配置好的0℃的KOH溶液中，在整个反应过程中温度控制在20℃以内，经过2h反应后得到KClO.把KOH加入到次氯酸钾溶液中，不断地搅拌溶解，并把温度控制在20℃内，因为KOH在溶解过程中会释放很多的热量.把温度降低到0℃，析出白色沉淀固体KCl，然后通过漏斗把KCl和KOH多余的固体过滤掉，会得到次氯酸钾溶液.在30分钟内，把Fe(NO)3·9H2O加入到溶液中，然后搅拌60分钟，使其充分溶解.并把实验的温度控制在20℃以内，目的是为了避免KClO的分解.在氧化过程中实验溶液的颜色会从棕色变为紫黑色，然后再加入KOH，通过冰水降温到0℃，高铁酸钾会逐渐析出，然后通过真空过滤就可以得到高铁酸钾晶体.K2FeO4制作过程流程如图1所示.

图1 K2FeO4制作过程流程图

3.3 计算特征吸收波长及动力学测定分析

停流技术可以对混合溶液的反应动力学进行准确的跟踪.本实验采用停流技术对K2FeO4氧化含氮化合物的反应动力学进行有效的研究，本实验采用的停止流动光谱仪具有非常高的灵敏度，对溶液信号随时间的变化进行测定来监测反应动力的过程，更加保证了实验数据的准确性.

在20℃环境温度下，高铁酸钾和乙醇胺混合溶液在实验反应时间内，经过计算在λ=505 nm的位置，混合液中高锰酸钾的特征吸收比较强，并且在之后的实验反应过程中，实验现象证明在=505 nm波长位置，反应体系有明显的吸收峰值的变化，因此实验把λ=505 nm作为动力学实验计算出的特征吸收波长.在实验中，把在一定的PH缓冲溶液中加入还原剂，然后稀释成不同浓度的溶液留着备用，并采用同一缓冲溶液溶解而制成氧化剂溶液.设定停止流动光谱仪的检测波长为505nm，在光谱仪中加入氧化剂和还原剂进行融合，在实验过程中记录在505nm波长位置，吸光度随时间变化的数值，然后通过软件计算出表观速率常量数值，在每组实验中要重复计算8次，这样实验的结果才更准确.实验关键控制因素是在动力学测定实验中，实验条件要满足在还原剂>10氧化剂的准一级条件下进行.

3.4 结果分析

K2FeO4浓度对表观速率常数的影响.在(还原剂>10氧化剂)的准一级条件下，在还原剂和离子强度不变的条件下，吸光度随时间变化形成动力学曲线是一条直线，通过得出的变化曲线可以证明动力学反应对氧化剂K2FeO4是一级反应.

在温度不同的条件下，乙醇胺溶液的浓度对表观率常量的影响.在Fe(VI)和离子强度不变的情况下，对反应体系的温度值进行适当的改变，可以计算出表观速度常量和乙醇胺溶度之间的变化曲线图，得出的直线斜率接近数值1，所以通过实验可以计算出动力学反应对乙醇胺为一级反应.

3.5 反应机理分析

4 总 结

本文通过停流技术在(还原剂>10氧化剂)的准一级条件下对高铁酸钾氧化乙醇胺含氮化合物的反应动力学进行研究，为高铁酸钾在污水治理中发挥更大的水处理剂的作用提供了科学依据.