氨（銨、胺）介質(zhì)中Ferrihydrite的催化相轉(zhuǎn)化研究.pdf

1、鐵氧化物是自然界中存在最為廣泛的化合物之一，它們幾乎遍布全球的各個角落。鐵氧化物種類繁多，不同物種之問可以相互轉(zhuǎn)化。因此有關(guān)鐵氧化物的形成與相轉(zhuǎn)化研究一直十分活躍。其中，以Ferrihydrite(又稱為水合氧化鐵)為前驅(qū)物的相轉(zhuǎn)化過程的研究更為引人注目。本實驗室一直致力于研究微量Fe(II)存在時Ferrihydrite的催化相轉(zhuǎn)化過程。我們前期的研究工作主要是圍繞著以NaOH為沉淀劑制備的Ferrihydrite的催化相轉(zhuǎn)化過程開展

2、的。在研究中發(fā)現(xiàn)，不同沉淀劑制備的Ferrihyddte的催化相轉(zhuǎn)化過程存在顯著差異。探討不同沉淀劑對Ferrihydrite催化相轉(zhuǎn)化過程的影響，全面了解在各種條件和環(huán)境中Ferrihydrite的催化相轉(zhuǎn)化規(guī)律，從而實現(xiàn)對Ferrihydrite的催化相轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的掌控，是我們要達到的目標之一。本論文旨在研究近中性環(huán)境中微量Fe(II)離子存在時以氨水為沉淀劑制備的Ferrihydrite的催化相轉(zhuǎn)化規(guī)律，通過探討無機銨鹽、有機胺、鐵

3、絡合劑等介質(zhì)中Ferrihydrite的催化相轉(zhuǎn)化過程，力爭實現(xiàn)由Ferrihydrite向a-FeOOH的控制轉(zhuǎn)化。由于鐵氧化物不僅是重要的化工原料，而且普遍存在于自然環(huán)境尤其是地表環(huán)境中，有關(guān)鐵氧化物的轉(zhuǎn)化、制備及性質(zhì)研究常作為金屬氧化物膠體與界面性質(zhì)研究的模型體系，因此該研究結(jié)果一方面對于全面了解Ferrihydfite的催化相轉(zhuǎn)化機理具有重要的理論意義；另一方面，該研究結(jié)果對指導a-FeOOI-I的控制合成具有實際指導價值。同時

4、，希望本論文研究結(jié)果能成為理論指導實際即機理研究指導控制轉(zhuǎn)化與合成過程的一個范例。本論文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： (1)系統(tǒng)研究了以NH3·H2O為沉淀劑、FeCl3為原料制備的Ferrihydrite的催化相轉(zhuǎn)化過程?？疾炝顺跏紁H、相轉(zhuǎn)化溫度、Ferdhydrite的微結(jié)構(gòu)、Fe(II)離子和Fe(III)離子濃度以及升溫速率等因素對相轉(zhuǎn)化過程的影響。結(jié)果表明：在氨介質(zhì)中Ferrihydrite的相轉(zhuǎn)化產(chǎn)物為a-FeOOH和

5、/或a-Fe2O3。相轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的種類及各晶相產(chǎn)物的數(shù)量與溫度有很大關(guān)系，當T≤40℃時可生成純相a-FeOOH，40℃

6、。 (2)通過比較NH3·H2O介質(zhì)和NaOH介質(zhì)中制備的Ferrihydrite的催化相轉(zhuǎn)化過程，揭示了兩種體系存在差別的原因是由于NH4+離子與Fe(III)離子之間的絡合作用，絡合作用的存在一方面可使Fe(II)離子與Ferdhydrite中Fe(III)離子之間的電子轉(zhuǎn)移受到影響，致使Ferrihydrite溶解速率減慢，從而影響相轉(zhuǎn)化過程；另一方面，溶解下來的Fe(III)離子與NH4+形成復合物[Fe(OH)4]-N

7、H4+，此復合物易于進一步轉(zhuǎn)化為陽離子聚合物，因而有利于a-FeOOH的形成。 (3)為排除NH4+的影響，以NaOH為沉淀劑制備Ferrihydrite，在六次甲基四胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等有機胺存在時，研究了Ferrihydrite在低溫近中性環(huán)境下的催化相轉(zhuǎn)化規(guī)律。利用IR、XRD、TEM等手段對產(chǎn)物進行分析表征。結(jié)果表明，上述添加劑均有利于a-FcOOH的形成。該結(jié)果同樣歸因于有機胺中的N與Ferrihydri

8、te中的Fe(III)離子之間的絡合作用，此絡合作用有利于Ferrihydrite轉(zhuǎn)化為a-FeOOH。 (4)為排除NH4+的影響，以NaOH為沉淀劑制備Ferrihydrite，研究了在草酸根、F離子等絡合劑存在時Ferrihydrite的催化相轉(zhuǎn)化過程。結(jié)果表明：絡離子的存在，同樣有利于Ferrihydrite轉(zhuǎn)化為a-FeOOH。 (5)在上述研究的基礎上，找到了由Ferrihydrite向a-FeOOH控制轉(zhuǎn)化

9、的條件，即：以FeCh(CFe(III))=0.5mol/L)為原料，F(xiàn)e(II)離子(nFe(II)/nFe(III)=0.02)存在時在pH=7，25℃≤T≤40℃條件下加入一定量添加劑制備前驅(qū)物Ferrihydrite，添加劑的加入量與添加劑的種類有關(guān)。在n六次甲基四胺/nFe(iii)=l.8，n乙醇胺/nF（111)=-2，n二乙醇胺/nFe（111)=0.4，n草酸根/nFe(111)=0.05，nF-/nFe(III)=0