鋁同晶替代赤鐵礦形貌演化機(jī)制及其對(duì)磷的吸附特征研究.pdf

1、鋁（Al）作為地殼中第三豐富的元素，在土壤赤鐵礦的形成過程中，它以同晶替代方式進(jìn)入氧化鐵晶格，占據(jù)Fe3+位置。相比于純赤鐵礦，鋁替代赤鐵礦在晶胞參數(shù)、晶粒大小、結(jié)晶度、生長取向、形貌等發(fā)生明顯改變。這些礦物學(xué)性質(zhì)的改變又反過來影響了赤鐵礦的表面電荷特性、吸附能力、熱力學(xué)穩(wěn)定性、磁性質(zhì)以及溶解性等。因此，深刻地理解鋁同晶替代赤鐵礦納米顆粒的生長過程及其對(duì)赤鐵礦礦物學(xué)性質(zhì)的影響具有一定的理論意義。本論文研究了鋁同晶替代對(duì)赤鐵礦納米顆粒結(jié)構(gòu)

2、和形貌的影響;利用密度泛函理論(DFT)進(jìn)一步計(jì)算出鋁對(duì)與赤鐵礦結(jié)構(gòu)的影響;探討了不同鋁同晶替代赤鐵礦對(duì)磷的吸附特征。主要結(jié)論如下;
　　1.鋁同晶替代誘導(dǎo)了赤鐵礦納米顆粒沿垂直c軸方向生長，隨著鋁替代量的增加，赤鐵礦的晶胞體積v和晶胞參數(shù)a、c降低，結(jié)晶度減弱，結(jié)晶尺寸增大，比表面積增大，結(jié)構(gòu)水增加;赤鐵礦納米顆粒的形貌從菱形，過渡到菱形和平板狀混合形貌，最后到平板狀。
　　2.DFT計(jì)算顯示Al以同晶替代方式進(jìn)入赤鐵礦體

3、相結(jié)構(gòu)后，使得體相結(jié)構(gòu)內(nèi)金屬八面體發(fā)生不同程度的扭曲形變。這樣的形變主要導(dǎo)致了六方緊密堆積的O原子網(wǎng)絡(luò)在a軸方向產(chǎn)生較大的收縮，而在c軸方向上基本保持不變。從整體上看，六方緊密堆積的O原子網(wǎng)絡(luò)在ab方向排列更為接近平面六邊形。Al與α-Fe2O3表面作用影響了其表面的原子結(jié)構(gòu)以及表面能。影響程度與Al的量及特定晶面有關(guān)。α-Fe2O3(001)和(100)與Al作用（吸附），兩個(gè)晶面的表面能發(fā)生明顯的翻轉(zhuǎn)，而翻轉(zhuǎn)后表面能較低的(001)

4、也是平板狀α-Fe2O3的主導(dǎo)晶面。無論是α-Fe2O3體相結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)水還是表面吸附的水都會(huì)增強(qiáng)鋁同晶替代α-Fe2O3形貌異質(zhì)性的演化。對(duì)于體相結(jié)構(gòu)水，它加劇了六方緊密堆積的O原子網(wǎng)絡(luò)在a軸方向的收縮，對(duì)于表面吸附水，它鈍化了(001)面，使其表面能進(jìn)一步降低。
　　3.鋁同晶替代赤鐵礦對(duì)磷的吸附過程表現(xiàn)為一個(gè)初始快速吸附過程和隨后的慢速吸附過程。隨著鋁同晶替代量的增加，赤鐵礦對(duì)磷的初始吸附速率是依次增大的，慢速吸附速率也呈現(xiàn)