α-Fe-,2-O-,3-的表面酸堿性質(zhì)和光催化性能的研究.pdf

1、新近的礦物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，具有半導(dǎo)體性質(zhì)的礦物對光催化降解有機污染物，尤其是環(huán)境中難以自行降解的持久性有機污染物具有特異功效。鐵氧化物是土壤和沉積物中最重要的黏土礦物，也是大氣、水體和漂浮顆粒的主要成分，其中的鐵離子及其氧化物對土壤中均相與異相化學(xué)反應(yīng)以及微生物過程具有催化作用，因而對大氣、水體和沉積物中各種無機離子或有機分子的遷移、歸宿和生物有效性有著關(guān)鍵性的控制作用。我國華南紅土壤中含有多種鐵氧化物，包括針鐵礦和赤鐵礦等形態(tài)，因此，研究

2、鐵氧化物表面性質(zhì)和光催化性能具有理論和實際意義。
　　 本論文以赤鐵礦為代表物，首先利用氧化-相轉(zhuǎn)變法合成制備了赤鐵礦α-Fe2O3，并對其進(jìn)行了一系列結(jié)構(gòu)與性能的表征。為更好的表征α-Fe2O3的表面酸堿性，建立了連續(xù)滴定-實時格氏圖-參數(shù)擬合綜合法，通過此方法可以系統(tǒng)研究赤鐵礦α-Fe2O3的多種表面性質(zhì)，包括表面質(zhì)子電荷（QH）、零凈質(zhì)子電荷點（pHPZNC）、總表面位濃度（Nt）、為密度（DOH）和表面質(zhì)子化常數(shù)（PKa

3、l、PKa2）等，同時探討了氮氣、支持電解質(zhì)對其表面酸堿性質(zhì)的影響，所建立方法可應(yīng)用于其他物質(zhì)的表面酸堿性質(zhì)測定；以苯胺作為目標(biāo)污染物，探討了α-Fe2O3對苯胺的吸附模型以及α-Fe2O3對苯胺的光催化動力學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上重點研究了α-Fe2O3的光催化性能，首先討論其在紫外光和可見光照射下對苯胺的降解，同時用正交實驗法確定最佳實驗條件；然后模擬自然界中的Fenton反應(yīng)，把α-Fe2O3引入Fenton反應(yīng)，用α-Fe2O3替代

4、Fenton試劑中Fe2+作為光催化劑，組成α-Fe2O3/草酸、α-Fe2O3/檸檬酸配體/Fenton試劑，研究其在可見光下對苯胺的降解。
　　 本文的研究工作得到了國家自然科學(xué)資金自資助項目（40773088）的資助，取得了一些有價值的研究成果：
　　 （1）建立了鐵氧化物表面酸堿性質(zhì)的研究方法：連續(xù)滴定-實時格氏圖-參數(shù)擬合法，在硝酸鈉介質(zhì)中進(jìn)行連續(xù)滴定，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行格氏作圖和非線性擬合處理得到α-Fe2O3表

5、面性質(zhì)的4個重要參數(shù)-零凈質(zhì)子電荷點、總表面位濃度和表面質(zhì)子化常數(shù)：pHPZNVC=6.75、Nt=2.09x10-3mol/g、Pkal=2.31和PKa2=11.18。該方法可應(yīng)用于其他物質(zhì)的表面酸堿性質(zhì)測定；
　　 （2）α-Fe2O3表面電荷性質(zhì)由>FeOH的質(zhì)子化和脫質(zhì)子化作用產(chǎn)生，表面化合態(tài)分布隨pH而變化。當(dāng)環(huán)境pH<6.75時，α-Fe2O3表面帶正電，pH>6.75表面帶負(fù)電；隨pH升高表面化合態(tài)的分?jǐn)?shù)的變化規(guī)

6、律為：pH<4.65時，>FeOH2+占優(yōu)勢；pH>8.84時，>FeO-占優(yōu)勢；
　　 （3）與硝酸鈉相比，在硝酸銅介質(zhì)中α-Fe2O3的表面位密度明顯減少，說明Cu2+與α-Fe2O3表面基團配位形成專性吸附，占據(jù)了表面位；通過對不同介質(zhì)中α-Fe2O3的滴定分析發(fā)現(xiàn)：過渡金屬陽離子可以形成專性吸附，并可使α-Fe2O3的的pHPZNPC降低，而陰離子發(fā)生專性吸附時，使α-Fe2O3的pHPZNPC升高；
　　 （4

7、）α-Fe2O3對苯胺的暗吸結(jié)果顯示：吸附行為符合Freundlich等溫方程lnqe=ln KF+（1/n）ln pe，表明固體吸附劑表面是不均勻的，吸附為單分子層吸附；吸附常數(shù)n值較小，說明α-Fe2O3不易吸附苯胺；
　　 （5）利用正交實驗法確定了α-Fe2O3對苯胺的紫外光催化降解的最佳條件：苯胺初始濃度為7mg/L，α-Fe2O3投加量為0.025g/L，pH為6時催化效果最好，光照90min，降解率可達(dá)到90％；α