高鐵酸鉀

德國化學家格奧爾格·恩斯特·施塔爾（1660～1734）首先發現硝酸鉀與鐵粉混合點燃後生成的殘渣，可溶於水而成紫色溶液。此後，法國化學家埃德蒙·弗雷米（1814～1894）發現三氧化二鐵與氫氧化鉀共熔融反應後，在1841年得到可溶於水的產物，且產物組成與高錳酸鉀相類似。 ^[2] 

高鐵酸鉀純品為暗紫色有光澤粉末。198℃以下乾燥空氣中穩定。極易溶於水而成淺紫紅色溶液，靜置後會分解放出氧氣，並沉澱出水合氧化鐵。溶液的鹼性隨分解而增大，在強鹼性溶液中相當穩定，是優良的氧化劑。具有高效的消毒作用。比高錳酸鉀具有更強的氧化性。 ^[1] 

高鐵酸鉀在198°C以下和在強鹼性溶液中穩定，其穩定性隨着溶液pH的升高而增加。

磷酸根、硼酸根、Fe³⁺、氫氧化鐵、二氧化錳、二氧化鉛會加速高鐵酸鉀分解，而Zn²⁺對高鐵酸鉀有穩定作用。

高鐵酸鉀結晶為正交晶系，晶格常數 a = 76.9 pm，b = 103.3 pm，c=58.6 pm，空間羣 Pnam，與硫酸鉀和鉻酸鉀同晶型。 ^[6] 

它是良好的氧化劑，有高效的消毒作用。密封乾燥儲存。

分解温度＞80℃。易溶於水，形成深紫色溶液。不溶於乙醚、醇和氯仿等有機溶劑。

無毒，無刺激。 ^[1] 

受熱分解：

酸性條件分解：

【質量標準】

指標名稱指標

高鐵酸鉀（K₂FeO₄）/%　≥98.58

氯化物（Cl）/%≤0.46

重金屬（Pb）/%≤0.001

砷（As）/%≤0.0001

水不溶物/%≤0.2

乾燥失重（150℃）/%≤1.0

高鐵酸鉀中的鐵為+6價鐵，不同於一般鐵元素的+2或+3價態，在整個pH範圍內都有很強的氧化活性，氧化電位可達2.20V，遠高於高錳酸鉀和重鉻酸鉀，可直接氧化氨為硝酸鹽，氧化硫化氫為硫酸鹽，氧化有機物為二氧化碳和水，既能除臭又可解毒。由於高鐵中的Fe（VI）在水中分解時並不直接轉化為Fe³⁺，而是經歷了由六價到三價不同電荷離子的中間形態的演變，在轉化過程中會產生正價態水解產物，這些產物具有較大的網狀結構，壓縮並電中和水中的膠態雜質擴散層，因而表現出獨特的絮凝作用效果。

作為一種水溶性很好的殺菌劑，高鐵酸鉀可通過強烈的氧化作用破壞微生物的細胞壁、細胞膜及細胞結構中的一些物質（如酶），抑制蛋白質及核酸的合成，阻礙微生物體的生長和繁殖，起到殺藻殺菌的作用。 ^[2] 

高鐵酸鉀是含有FeO₄^2-的一種化合物，其中心原子Fe以六價存在，在酸性條件下和鹼性條件下的標準電極電勢分別為E0 FeO₄^2-/Fe³⁺=2.20V，E0 FeO₄^2-/Fe(OH)₃=0.72V，因此，無論在酸性條件，還是鹼性條件下高鐵酸鹽都具有很強的氧化性，可以廣泛用於水和廢水的氧化、消毒、殺菌。因此，高鐵酸鹽是倍受關注的一類新型、高效、無毒的多功能水處理劑。在飲用水的處理過程中，集氧化、吸附、絮凝、沉澱、滅菌、消毒、脱色、除臭等八大特點為一體的綜合性能，是其他水處理劑不可比擬的。pH在6-6.5時，每升水加K₂FeO₄6mg-10mg，常温下30分鐘即可殺滅水體中致病菌、大腸桿菌、傷寒桿菌及病毒去除率為99.5%-99.95%以上，無異味適口性好，達安全飲用標準。為此產品在水處理系列產品中顯示出超強的優勢。

2、高鐵酸鉀用於工業廢水與城市生活污水的處理

K₂FeO₄對於廢水中的BOD、COD、鉛、鎘、硫等具有良好的去除作用，10mg—20mg/L的高鐵酸鉀氧化96%的BOD，去除86%的氨氮和75%的磷，pH5.5時，原水濁度為28度（沉後餘濁）條件下，30mg/L的高鐵酸鉀，可將水中三氯乙烯去除85.6%，萘的去除率達100%，高鐵酸鉀良好的絮凝作用，表現於水中與污染物作用的過程中，經過一系列反應，由六價降至三價，帶有不同電荷的中間態如：Fe（Ⅴ）/Fe（Ⅵ）等，並逐步被還原成具有絮凝作用的Fe（Ⅲ）。在印染、製革、印刷、造紙、製藥、石油工業、石化工業等均具有較好應用潛力。該產品在水體淨化中的獨特效果是同時發揮氧化、吸附、絮凝、沉澱、滅菌、消毒、脱色、除臭的協同作用，並不產生任何有毒、有害的物質。用多功能的複合藥劑強化與拓寬現行常規給水處理工藝的淨水效能，可以不改變現有工藝流程，不增加大的附屬設施，適合中國國情的飲用水消毒技術，具有廣闊的研究開發前景，並可能成為消毒技術研究的一個主要方向。

K₂FeO₄可增加水體的溶氧量對水體中氨氮、亞硝酸鹽、水藻類具有良好的去除效果，用於清除水中富里酸、懸浮物，淡水中富營養現象。水體滅菌、消毒、淨化效果獨特。

有關資料報導，高鐵酸鉀在海洋環境淨化方面的應用，以高鐵酸鉀和過氧化物混合使用，作為無毒無害化的海洋防污劑，當他們的質量分別在2×10^-8和3×10^-7時，幾乎顯示出100%的防污效果，其良好的協同功能大大優於單獨使用的效果，可用於近海養殖場及近海環境的淨化。

由於K₂FeO₄對水體淨化的優越性能，可將其應用到游泳池水的循環再生使用，它不僅消毒殺菌，去除人體帶入的污物和懸浮固體，並對人體無任何傷害與刺激，安全無異味，投加方便，因此以它取代氯氣用於游泳池水的消毒淨化再生使用，是非常合適的。

6. 高鐵酸鉀用於放射性廢水的治理和用於去除砷、氰離子

高鐵酸鉀在處理放射性廢水時有優良的性能，以高鐵酸鉀處理含鎇、鈈廢水，在pH值為11.5—12時，可將總α射線從3.0×10⁶Pci/L降至3.0×10³Pci/L以下 （1Pci=10¹²ci）。在美國能源部對放射性廢水的治理中，用K₂FeO₄以二步處理過程將總α射線從37000Pci/L降到40 Pci/L。實際應用證明，高鐵酸鉀的性能優於流行的放射性廢水的治理方法，處理水濃度大大低於排放標準。

高鐵酸鉀和其他除砷原料相比，具有簡便、效果好、產生污泥量少，無二次污染等優點，對於高砷飲用水，只要高鐵酸鉀投量與原水砷濃度達到15：1以上，處理後的水樣中砷殘留量都可以達到國家飲用水衞生標準小於0.01mg/L的要求。

高鐵酸鉀對氰離子CN^-有很好的去除效果。當水溶液中的CN^-質量濃度為10mg/L時，用K₂FeO₄以75mg/L和167mg/L進行除CN處理，在pH為11.2接觸10mg可去除大部分的CN^-，其殘餘濃度為0.082mg/L~0.062mg/L，去除率可達到99.18%~99.38%以上。顯示使用產品在含氰廢水治理中具有良好的應用效果。

7、高鐵酸鉀應用的廣泛性

高鐵酸鉀在水處理中由於功能獨特，其應用研究繼續深入。而潛在的用途包括在化學工業中利用其強氧化性能，能夠氧化磺酸、亞硝酸鹽、亞鐵氰化物和其他無機物，造氧化澱粉用於紙張表面施膠及紡織品的精整。冶煉鋅時用於除錳、銻和砷。在煙草工業中用於過濾嘴的製造（可氧化尼古丁變為香韻之味）。

高鐵酸鉀在電子與國防工業中潛在的應用不斷擴展，如：高鐵酸鉀“納米電池”是儲能密度大、體積小、重量輕、壽命長、高電壓、高容量的新型無污染化學電源。功率及放電電流是普通電池的3—10倍。據有關資料記載的報導，可用其製成高效消毒淨化劑，使軍隊在作戰條件下飲用水消毒滅菌，處理一些放射性核污染的水，使其放射微粒可通過高鐵酸鉀的高效絮凝作用而除去，水質達到飲用級。實驗發現，它具有除有機物，強化去除水中藻類，強化助凝控制剩餘鋁以及去除水中重金屬等多種功能。

高鐵酸鉀可作為造孔劑或催化劑。 ^[3] 

可由氯氣與氫氧化鈉反應生成飽和次氯酸鈉濃鹼液，再用硝酸鐵氧化，經氫氧化鉀溶解而得。也可電解三氯化鐵和氫氧化鈉溶液後，再與氫氧化鉀反應制得。

由於製備工藝還不成熟，高鐵酸鉀在市場上比較少，在實驗室製備的流程如下：

1.準備一個研缽

2.加入次氯酸鈉溶液

3.加入固體NaOH直至不再溶解，冷卻

4.加入適量三氯化鐵或硝酸鐵固體，用力研磨至紫紅色

5.用砂芯漏斗抽濾

6.加入適量飽和KOH溶液

7.抽濾

電解液採用14M到16M的氫氧化鉀溶液，陽極採用比表面積較大的鐵絲網電極，陰極採用石墨電極，電源採用直流穩壓電源，槽電壓3~7V，表觀電流密度80mA/cm²，電解槽採用有PVC隔膜的電解槽，電解8h左右，陽極室即可得高鐵酸鉀溶液。

本法操作簡便，成功率高，易於實驗室製備，缺點是純度低，產品中含有氫氧化鐵等副產物。

或將三氯化鐵和氫氧化鈉溶液，在隔膜型電解槽，以鐵陽極電解氧化，先生成鐵的氧化一氫氧化物絡合物，在鹵素離子存在時，電化學轉化為高鐵酸鹽離子，與Na⁺結合成高鐵酸鈉，含量可達50~80g/L。用50%氫氧化鉀溶液，按氫氧化鉀與高鐵酸鈉摩爾比值3：1反應生成高鐵酸鉀，抽濾，用異丙醇脱鹼、洗滌，經乾燥製得高鐵酸鉀，放入密閉乾燥器中保存。 ^[1] 

將氯氣通入氫氧化鈉溶液生成飽和次氯酸鈉濃鹼溶液，緩慢加入硝酸鐵氧化反應生成高鐵酸鈉，用氫氧化鉀轉化成高鐵酸鉀，抽濾得粗品，再用氫氧化鉀溶解，重結晶，用苯和95%乙醇進行脱鹼、乙醚洗滌，乾燥製得高鐵酸鉀產品，可立即使用或儲存於隔絕空氣的容器中。反應方程式為：

也可直接將氯氣通入氫氧化鐵、氫氧化鉀的混合物中，反應如下：

用此法制得的高鐵酸鉀純度不如方法一高。

將NaOH加入反應釜中，加水溶解後冷卻到20℃，通氯氣充分飽和。然後過濾，除去固體NaCl。濾液備用（波浪為有效氯含量為70%~80%的次氯酸鈉溶液）。

將濾液轉移到氧化反應釜中，在20~30℃下一邊攪拌一邊滴加Fe(NO₃)₃溶液。反應一段時間後取樣測終點。當反應液中[Fe³⁺]＜0.5mg/ml時即為氧化終點。到達終點後再繼續攪拌一小時。然後加入40%的水溶液，靜止後將析出的NaCl過濾除去。濾液備用。

將濾液轉移至轉化釜中，加入50%的KOH水溶液，在20~30℃下反應2h。析出的褐紫色沉澱便是K₂FeO₄。過濾，用冰水和丙三醇洗滌濾餅，真空乾燥，包裝即可。 ^[1] 

將過氧化鈉和硫酸亞鐵依次投入反應釜中，其投料比為3：1（mol）。密閉反應器，在氮氣流中，加熱反應，在700℃下反應一小時。得到Na₂FeO₄粉末，將其溶於NaOH溶液，快速過濾。濾液轉移至轉化釜中，加入等摩爾KOH固體，析出K₂FeO₄結晶。用95%乙醇洗滌，真空乾燥得成品。 ^[1] 

選擇晴天，以100倍水稀釋後，以50g/畝•米的用量全池均勻潑灑，可連續使用。 ^[2] 

應貯存於通風、乾燥的庫房中。不可與有機物、酸類及還原劑共貯混運。應防日光曝曬、防潮，要遠離火種和熱源。 ^[4]  注意事項：產品吸潮後偶爾會發生脹氣現象。請注意在空氣濕度不超過60%的乾燥環境下分裝。產品脹氣不影響產品的使用效果。 ^[2] 

紙箱包裝。防潮、防雨，遠離其它化學品。 ^[2]