锰掺杂对针铁矿的结构、表面性质及吸附硒的影响

水热条件下制备了针铁矿(Goe)和不同含量锰掺杂产物(G-Mn0.1、G-Mn0.2、G-Mn0.3和G-Mn0.5),用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、氮气物理性吸附、Zeta电位分析、酸碱滴定等手段对样品进行了表征,并研究其对亚硒酸盐(Se(Ⅳ))和硒酸盐(Se(Ⅵ))的吸附特性。结果表明:低比例的锰掺杂(锰/铁的摩尔比RMn/Fe=0.1~0.2)显著促进了针铁矿晶体沿b轴方向生长,导致针铁矿颗粒的长径比增大,形貌由短纺锤体形变为大长径比的扁平针状;当RMn/Fe=0.3~0.5时,样品中出现了大量的掺锰磁铁矿,且针铁矿晶体的b轴方向生长受到严重的抑制而a轴方向生长受到一定程度的促进并导致针铁矿颗粒呈纤细状。Goe、G-Mn0.2和G-Mn0.5的比表面积分别为36.78、53.22和71.33 m2·g–1,表面分形度分别为2.31、2.53和2.59,平均孔径分别为13.73、15.59、6.92 nm,Zeta电位零点分别为7.36、6.58和5.31,pH5.0时的Zeta电位分别为40.5、35.3和4.92 mV。3种样品的表面活性羟基密度表现为Goe相似文献   

蒙脱石-氧化铁复合体的表征及其对不同形态磷的吸附特性

制备了蒙脱石-针铁矿复合体(Mt-Goe)和蒙脱石-非/弱晶质氧化铁复合体(Mt-HFO),研究了它们的结构、表面性质及其对无机磷酸盐(Pi)和植酸(IHP)的吸附特性。结果显示,Mt-Goe中少量羟基铁离子进入了蒙脱石晶层间导致其层间距增大,针铁矿颗粒较好地包被在蒙脱石外表面;Mt-HFO中蒙脱石层间则发生了Fe~(3+)水解,生成了(羟基)铁氧化物,并在蒙脱石表面形成非晶质氧化铁颗粒。蒙脱石、Mt-Goe和Mt-HFO的比表面积分别为258.7、185.4和226.4 m~2·g~(–1),其表面分形度、等电点和表面羟基含量均依次升高,pH5.5时的表面Zeta电位分别为–46.1、–13.6和–19.4 mV。3种样品对Pi和IHP的吸附模式以匀质性表面单层吸附为主,Langmuir饱和吸附量(qmax)和吸附亲和力均表现为由大到小依次为Mt-HFO、Mt-Goe、蒙脱石。3种样品对Pi和IHP的动力学吸附过程适合用准二级动力学模型描述,其速率常数由小到大依次为Mt-HFO、Mt-Goe、蒙脱石。与吸附Pi相比,3种样品吸附IHP的动力学速率常数明显减小,吸附量明显增大;Mt-HFO对IHP的吸附速率尤其缓慢,而吸附量远大于对Pi的吸附量。     

Mn~(2+)掺杂对晶质氧化铁结构与红外光谱特征的影响

制备针铁矿和赤铁矿的混合晶质氧化铁(CIO)和不同摩尔比例(R)的Mn~(2+)掺杂晶质氧化铁(CIO-Mn_x(x=0.1、0.2、0.3和0.5))样品。根据样品的X-射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)结果分析Mn~(2+)掺杂对晶质氧化铁结构与形貌的影响;对样品的傅里叶红外图谱(FT-IR)的高波数(3 000～3 700 cm~(–1))和低波数(450～750 cm~(–1))两个区间做分峰拟合,分析Mn~(2+)掺杂晶质氧化铁的羟基官能团和晶体结构化学键的变化特征。结果显示,R为0.1～0.3的Mn~(2+)掺杂抑制了针铁矿和赤铁矿等晶质氧化铁的形成;R为0.5的Mn~(2+)掺杂导致样品中形成了掺锰磁铁矿,且存在少量的针铁矿而没有明显的赤铁矿。CIO样品中存在自由羟基、吸附水羟基、表面缔合羟基和结构羟基共四类羟基。在R为0.1～0.3范围内,随着R的增大,样品中自由羟基和吸附水羟基的相对含量降低,而表面缔合羟基和结构羟基的相对含量增大。此外,Mn~(2+)掺杂导致样品中自由羟基和结构羟基的吸收带波数降低,而吸附水羟基和表面缔合羟基的吸收带波数随R的增大而增大。CIO样品中Fe-O振动在455 cm~(–1)和619 cm~(–1)附近红外吸收带的强度和峰形与样品中针铁矿颗粒的形貌有关,478 cm~(–1)和560 cm~(–1)附近的红外吸收与样品中赤铁矿的结晶度密切相关。分析表明,CIO-Mn_x样品中的赤铁矿结构中阳离子空位与Mn~(2+)耦合产生了567～589 cm~(–1)附近的吸收,其强度随着R的增大而增强。CIO-Mn_(0.5)样品中形成了Mn~(2+)替代Fe2+的掺锰磁铁矿,导致样品在593 cm~(–1)处出现了Mn-O晶格振动吸收带。     

针铁矿和针铁矿—胡敏酸复合体对Se(Ⅳ)吸附机制

研究了针铁矿和针铁矿—胡敏酸复合体对Se(Ⅳ)的吸附机制。结果表明:针铁矿和复合体对Se(Ⅳ)的最大吸附容量分别为0.202 mmol g-1和0.159 mmol g-1。针铁矿的等温吸附数据适合用Langmuir模型拟合,而Freundlich模型更适合描述复合体的等温吸附过程。针铁矿的等电点(IEP)在7.0附近,复合体的IEP3.0;当p H=4.0时,它们的表面电位分别为46.6 m V和-40.5 m V。X—射线光电子能谱(XPS)分析显示,针铁矿和复合体表面Fe2p3/2的电子结合能(B.E.)分别为711.4e V和711.5 e V,复合体表面C1s的B.E.值为284.8 e V。初始p H=4.0时,样品与Se(Ⅳ)相互作用后的主要变化体现在:(1)针铁矿和复合体的悬浮液p H分别升高至4.4和4.2,表面电位分别降低了39.08 m V和升高了1.8 m V;(2)针铁矿表面Fe(Ⅲ)的B.E.值降低了0.4 e V,但吸附态Se(Ⅳ)的B.E.值无明显变化;(3)复合体表面Fe(Ⅲ)的B.E.值降低了0.3 e V,表面C-O中C的B.E.值由285.7 e V升高至286.5e V,吸附态Se(Ⅳ)的B.E.值升高了0.6 e V。针铁矿和复合体吸附Se(Ⅳ)的主要机制包括表面配合反应(复合体表面铁羟基与HSe O3-之间存在双齿配位)、静电引力、氢键等作用。此外,复合体表面吸附态Se(Ⅳ)同时与针铁矿和胡敏酸发生了作用,形成了针铁矿—Se(Ⅳ)—胡敏酸三元体。