α-Fe-,2-O-,3-、γ-Al-,2-O-,3-、SiO-,2-納米粒子單一及其混合體系的界面化學(xué)行為.pdf

1、Fe2O3、 Al2O3、 SiO2作為土壤中最為常見的物質(zhì)之一，發(fā)生在Fe2O3， Al2O3, SiO2礦物表面上的酸堿、吸附、解吸、配合、沉淀、溶解、絮凝等物理化學(xué)反應(yīng)決定著水、土環(huán)境污染物的歸宿。然而多組分體系土壤中的雜質(zhì)種類、含量依地域的不同而不同，以自然土壤為研究對象得到的固/液界面表面配位性質(zhì)對環(huán)境中的水，污染物的治理缺乏普遍的指導(dǎo)意義。人工合成的Fe2O3、Al2O3、 SiO2納米材料具有物料純，組成、結(jié)構(gòu)可控的特點(diǎn)，

2、調(diào)節(jié)它們的微結(jié)構(gòu)和組成可以改變其對金屬離子的吸附容量和選擇性。研究人工合成Fe2O3、Al2O3、SiO2的吸附性能，可以得到普適性廣的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)而為復(fù)雜體系的吸附研究以及合理利用工業(yè)廢棄物提供更加有用的理論依據(jù)。
　　 本文以正硅酸乙酯( TEOS)，硝酸鋁，硝酸鐵為前軀體，采用溶膠-凝膠法、共沉淀法并輔以輔助模板劑分別制備了α-Fe2O3、γ-Al2O3、SiO2的納米顆粒。利用透射電鏡(TEM)、X射線粉末衍射（XRD）

3、、N2吸附/脫附、紅外(IR)等方法對合成的樣品進(jìn)行了一系列的表征。結(jié)果表明，所制備的α-Fe2O3、γ-Al2O3、 SiO2都具有較大比表面積。并通過物理混合的方法，將等比表面積的納米顆粒進(jìn)行混合，從而制成了相應(yīng)的納米混合體系。
　　 以Fe3+的硝酸鹽、氯化物和硫酸鹽為前軀體制備Fe2O3；以硫酸亞鐵和硼氫化鈉為原料制得了納米零價(jià)鐵，通過納米零價(jià)鐵與堿金屬的氫氧化物(分別為LiOH,NaOH, KOH)溶液的反應(yīng)，將納米零

4、價(jià)鐵制成Fe2O3。并通過粉末X射線衍射，比表面積與孔徑分析，紅外，透射電鏡等表征手段以及應(yīng)用先進(jìn)的溶液化學(xué)計(jì)算機(jī)模擬軟件Medusa對所制得的產(chǎn)物進(jìn)行了表征與結(jié)果分析。結(jié)果表明，無機(jī)陰離子及其堿金屬離子對生成的Fe2O3的比表面積、晶體結(jié)構(gòu)、組成、抗燒結(jié)能力有重要影響。以不同鐵鹽前軀體制得的Fe2O3中，硝酸鹽的比表面積最大，氯化物次之，而硫酸鹽比表面積最??；另一方面，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可得到，在零價(jià)鐵與堿金屬溶液的反應(yīng)過程中，隨著Li+、

5、Na+、K+堿金屬離子半徑的增大，其制備的相應(yīng)的Fe2O3比表面積逐漸增大。
　　 最后，本文運(yùn)用自動電位滴定技術(shù)分別研究了納米α-Fe2O3、γ-Al2O3、 SiO2單一體系及其混合體系中礦物的表面酸堿性質(zhì)，依據(jù)表面配位理論恒電容模式，計(jì)算了相應(yīng)的表面酸堿配位常數(shù)。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果表明α-Fe2O3/γ-Al2O3，α-Fe2O3/γ-Al2O3/SiO2納米等表面混合體系的表面化學(xué)反應(yīng)并非是單一體系的簡單疊加而是存在著不同礦

6、物表面間復(fù)雜的交互作用。表面反應(yīng)平衡模式和相應(yīng)的酸堿反應(yīng)平衡常數(shù)分別為：α-Fe2O3/γ-Al2O3混合體系XOH+H＋（?）≡XOH2+log K1=4.04XOH(?)≡XO-+H+logK2=-9.20α-Fe2O3/γ-Al2O3/SiO2混合體系XOH+H+(?)≡XOH2+log K1=4.23XOH（?）≡XO-+H+logK2=-8.41根據(jù)重金屬離子Cu2+、Pb2+、Zn2+在α-Fe2O3/γ-Al2O3混合體系