广东化工2021年第2期· 40 · www.gdchem 第48卷总第436期
梅占强1，付勇2，王波2，朱刘3，康冶1
(1．国家稀散金属工程技术研究中心，广东先导稀材股份有限公司，广东清远511500；
2．广东先导稀贵金属材料有限公司，广东清远511500；3．广东先导先进材料股份有限公司，广东清远511517)
[摘要]硫酸镉作为合成镉类化合物的一种重要前驱体，其本身的品质直接决定着后续产品的优劣。为此，本文以热力学分析为基础，通过实验确定了溶液中铁离子的存在状态，并对过氧化氢的添加量以及反应时间对溶液中铁去除的效果进行了研究。结果表明，当过氧化氢的加料量为5 g、反应时间为30 min时，溶液中的铁离子浓度可下降至1 ppm。
[关键词]硫酸镉；铁离子浓度；过氧化氢加料量；反应时间
[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)02-0040-02
Study on Iron Removal from Cadmium Sulfate Solution
Mei Zhanqiang1, Fu Yong1, Wang Bo1, Zhu Liu2, Kang Ye1
(1. National Engineering & Technology Research Center of Scattered Metals, First Rare Metals Co., Ltd., Qingyuan 511500；
2. RPM Co., Ltd., Qingyuan 511500；
3. Vital Advanced Materials Co., Ltd., Qingyuan 511517, China)
Abstract: As an important precursor for the synthesis of cadmium compounds, the quality of cadmium sulfate directly determines the quality of subsequent products. Therefore, based on thermodynamic analysis, the existence state of iron ion in solution is determined by experiment, and the effect of hydrogen peroxide addition and reaction time on iron removal in solution is studied. The results show that when the amount of hydrogen peroxide is 5g and the reaction time is 30 min, the iron ion in the solution can be reduced to 1 ppm.
Keywords: cadmium sulfate；iron ion concentration；the amount of hydrogen peroxide；reaction time
1 前言
硫酸镉作为镉系列产品中一个重要的镉盐，可作为有机化合物合成的催化剂[1]以及光催化剂的制备原料[2-3]，同时也可用于铅蓄电池电解液的添加剂[4-5]、化学镀液的稳定剂[6, 7]等。其中应用较多的是作为合成其他镉类化合物的前驱体[8-10]，特别是在近年来发展较快的CIGS薄膜太阳能电池中尤为明显。有文献表明以硫酸镉作为镉源制备的CdS薄膜电池表面颗粒相对较小，从而使得CdS颗粒能更好的包覆CIGS表面。因此，相对于其他镉源来说，以硫酸镉作为镉源制备的CIGS薄膜太阳能电池的Voc也相对更高[11-12]。
硫化镉(CdS)作为一种典型的过渡金属硫化物，在太阳能薄膜电池、光催化降解和制氢以及光电探测器等方面具有广泛应用[13-15]，这主要得益于其禁带宽度较窄(约为2.42 eV)，同时对可见光具有良好的吸收和响应，以及具有量子尺寸效应等特点。硫酸镉作为制备CdS的主要前驱体之一，其品质的优劣将直接决定硫化镉所能发挥的性能强弱。铁作为硫酸镉溶液中常见的一种杂质元素，其存在将极大的影响硫酸镉的产品品质。为此，本文通过热力学分析，以及调节pH值、添加过氧化氢的方式研究了不同反应时间，不同过氧化氢添加量对硫酸镉溶液中铁去除率的影响。
2 实验
2.1 实验试剂及仪器
试剂：氧化镉(含铁：133 ppm)、氧化镉(高纯，含量99.99 %)、过氧化氢(50 wt.%)、硫酸(98 wt.%)、
头孢他啶纯水。
仪器：pH计(PHS-3E，上海雷磁)、电感耦合等离子体发射光谱仪ICP-OES(CIROS VISIO，德国spectro)。
2.2 实验方法
(1)取400 mL的A液，加入高纯氧化镉调节pH为4~5，过滤后，得到B溶液，然后送检分析B液中的Fe含量，样品名称命名为2309K002。
(2)取3份400 mL的A液，分别加入5 g过氧化氢，分别搅拌搅拌反应10 min、20 min、30 min后，调节pH为4~5，然后分别送检分析溶液中的Fe含量。样品名称分别命名为2309K003、2309K004、2309K005。
(3)取3份400 mL的A液，分别加入0 g、1 g、2 g、5 g过氧化氢搅拌反应30 min后，调节pH为4~5，然后分别送检分析溶液中的Fe含量。样品名称分别命名为2309K006、2309K007、2309K008、2309K009。3 结果与讨论
3.1 热力学计算与分析
在298.15K的条件下，Fe(OH)3的K SP=2.79×10-39，当溶液pH≥4时，Fe3+的浓度可降至0.00016 mg/L以下。而Fe(OH)2的K SP=4.87×10-17，pH=4时，Fe2+的浓度含270000 g/L。因此根据表1结果表明，调节pH至4~4.5以后，其铁含量下降了仅2 ppm，因此表明溶液中的大部分铁为Fe2+。
以过氧化氢作为氧化剂氧化溶液中Fe2+的反应方程式如下所示：
H2O2+2H++2Fe2+→2H2O+2Fe3+
在298.15 K的条件下，标准电极电势EƟ(Fe3+/Fe2+)=0.771 V，EƟ(H2O2/H2O)=1.776 V。根据能斯特方程(如下)，
已知pH=2~2.5，溶液中Fe2+含量为30 ppm，氧化后的Fe3+设为0.1 ppm。代入以上公式，ΔE=0.71 V＞0，因此H2O2可以将Fe2+氧化为Fe3+。
表1 调节pH值对硫酸镉溶液除铁的影响Tab.1 The effect of adjusting pH value on iron removal in
cadmium sulfate solution
妈妈的恶作剧项目实验号Fe/ppm pH 调pH值除铁
2309K001 35 2.3
2309K002 33 4.4
3.2 反应时间对除铁的影响
ltp
在酸性条件下，过氧化氢与Fe2+的反应是一个典型的氧化还原反应。由于其本身就是一个液液反应过程，而随着搅拌的速率的增加，其扩散速率也会随之增大。因此，影响反应进行快慢的主要因素为溶液的温度、反应物的浓度、以及溶液的pH 值。
实验结果表明，过氧化氢与Fe2+刚开始反应时，溶液中的铁的浓度下降较快，这是因为初始双氧水与Fe2+的浓度均较高，其正向反应的阻力较小，因此溶液中的Fe2+下降很快；而随着反应时间的延长，反应物浓度的不断降低，正向反应的阻力逐渐增加，从而导致氧化的速率不断降低，因此溶液中的Fe2+下降速率变缓。从图1中可以看出，当反应时间大于30 min，其溶液中的Fe可下降至1 ppm。
[收稿日期] 2020-11-20
[基金项目] 本论文受国家科技部+国家重点研发计划+典型稀贵新材料国家质量基础设施关键技术体系研究+课题1编号：2019YFF0217101资助[作者简介] 梅占强(1992-)，男，达州人，硕士研究生，主要从事镉类产品技术开发及工艺改进。
达扎活佛
2021年 第2期 广 东 化 工 第48卷 总第436期
内江师范学院学报 www.gdchem · 41 ·
10
20
30
0510152025303540F e 含量(p p m )
反应时间(min)
图1 不同反应时间对硫酸镉溶液除铁的影响
Fig.1 The effect of different reaction time on iron removal in
远程医疗系统cadmium sulfate solution
3.3 过氧化氢的加入量对除铁的影响
过氧化氢加入量对除铁的影响，如表2所示。结果表明，硫酸镉溶液中的Fe 含量随着过氧化氢的加入
量的增加而减少，同时其下降的速率随着加入量的提高而降低。显然，溶液中Fe 含量的下降是由于过氧化氢的加入将溶液中的Fe 2+氧化为Fe 3+，最终通过调节pH 值而达到除铁的目的。其下降速率由快变慢则是因为溶液中Fe 2+离子浓度的降低，导致Fe 2+与过氧化氢反应的接触点减少所致。
表2 H 2O 2加入量对硫酸镉溶液除铁的影响
Tab.2 The effect of H 2O 2 addition on iron removal in cadmium
sulfate solution
项目
试验号 H 2O 2/g Fe/ppm pH 加H 2O 2除铁
2309K006 0 32 4.4 2309K007 1 15 4.6 2309K008 2 7 4.5 2309K009
5
1
4.6
4 结论
热力学分析表明，当溶液pH 值≥4时，Fe 3+的浓度可降至0.00016 mg/L 以下，同时以过氧化氢为氧化剂可以很好的将溶
液中的Fe 2+氧化为Fe 3+，从而最终达到去除Fe 的目的。实验研究了不同反应时间以及不同过氧化氢添加量对硫酸镉溶液中Fe 去除的影响。结果表明，在400 mL 的硫酸镉溶液中，当过氧化氢的加料量为5 g 、反应时间为30 min 时，溶液中的铁离子浓度可由35 ppm 下降至1 ppm 。
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(本文文献格式：梅占强，付勇，王波，等．硫酸镉溶液除铁的研究[J]．广东化工，2021，48(2)：40-41)
(上接第43页)
通过实验模型分析以及结合生产实际，得出独脚金总黄酮提取最佳工艺条件为：乙醇浓度70 %，提取温度为80 ℃，提取时间为90 min ，为了进一步验证其可靠性，以此最优条件进行提取，结果见表4。 3 结论
独脚金总黄酮提取工艺研究中，通过单因素实验确定了合理的实验条件范围，得出独脚金总黄酮提取的最佳工艺为：乙醇浓度为70 %，提取温度为80 ℃，提取时间为90 min 。在单因素实验基础上，采用星点设计-响应面法考察乙醇浓度、提取温度、提取时间对独脚金总黄酮提取工艺及提取结果的影响。此法操作简便，试验次数少且精密度高，弥补了以往单因素实验考察提取工艺的不足，为独脚金总黄酮的提取与利用提供参考。
参考文献
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(本文文献格式：王爱娟，赵凤兰，韦正．星点设计-效应面法优化独脚金总黄酮提取工艺[J]．广东化工，2021，48(2)：42-43)
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