氨（銨、胺）介質中Ferrihydrite的催化相轉化研究.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化。因此有關鐵氧化物的形成與相轉化研究一直十分活躍。其中，以Ferrihydrite(又稱為水合氧化鐵)為前驅物的相轉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的催化相轉化過程存在顯著差異。探討不同沉淀劑對Ferrihydrite催化相轉化過程的影響，全面了解在各種條件和環(huán)境中Ferrihydrite的催化相轉化規(guī)律，從而實現(xiàn)對Ferrihydrite的催化相轉化產物的掌控，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的催化相轉化規(guī)律，通過探討無機銨鹽、有機胺、鐵

3、絡合劑等介質中Ferrihydrite的催化相轉化過程，力爭實現(xiàn)由Ferrihydrite向a-FeOOH的控制轉化。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，有關鐵氧化物的轉化、制備及性質研究常作為金屬氧化物膠體與界面性質研究的模型體系，因此該研究結果一方面對于全面了解Ferrihydfite的催化相轉化機理具有重要的理論意義；另一方面，該研究結果對指導a-FeOOI-I的控制合成具有實際指導價值。同時

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

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

6、。 (2)通過比較NH3·H2O介質和NaOH介質中制備的Ferrihydrite的催化相轉化過程，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)離子之間的電子轉移受到影響，致使Ferrihydrite溶解速率減慢，從而影響相轉化過程；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)境下的催化相轉化規(guī)律。利用IR、XRD、TEM等手段對產物進行分析表征。結果表明，上述添加劑均有利于a-FcOOH的形成。該結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的催化相轉化過程。結果表明：絡離子的存在，同樣有利于Ferrihydrite轉化為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物Ferrihydrite，添加劑的加入量與添加劑的種類有關。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