氧化铁纳米微粒的制备及应用研究

发布时间：2017-04-25 22:11

  本文关键词：氧化铁纳米微粒的制备及应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铁系氧化物广泛存在于土壤、矿物和水体沉积物等自然环境中,铁氧化物/水界面是地表环境中影响污染物环境行为的重要微界面之一,在影响污染物的环境行为方面发挥着重要的作用。由于铁的化学性质较为活泼,其在环境中存在多种二级矿物相,如磁赤铁矿(γ-α-Fe_(2-x) Al_x O_3),赤铁矿(α-α-Fe_(2-x) Al_x O_3),纤铁矿(γ-FeOOH),针铁矿(α-FeOOH),水合氧化铁(Fe5HO8·4H_2O)及磁铁矿(Fe_3O_4)等。铁氧化物的种类不同,结构各异,加之天然的铁氧化物很少以纯相形式存在,通常包含着多种金属杂质,如:铝、硅、锰等,致使其性质特别是界面性质存在很大差异。因此,研究不同环境下形成的铁氧化物的界面性质以及其对污染物的吸附、解吸和降解规律具有重要的理论意义和实际应用价值,所得结果不仅可以为客观评价铁系氧化物在环境自净化方面的作用提供理论和实验数据,而且还可以为开发铁氧化物在污水处理方面的应用提供有益参考。本课题组一直开展各种铁氧化物的液相合成及其在污水处理中应用的系列研究,基于之前的研究基础和上述分析,本论文分别选择赤铁矿(α-α-Fe_(2-x) Al_x O_3)和磁赤铁矿(γ-α-Fe_(2-x) Al_x O_3)构建研究体系,分别对其界面性质及在污水处理方面的应用进行研究,主要研究内容及成果包括:(1)通过共沉淀法制备系列不同掺铝量的α-α-Fe_(2-x) Al_x O_3,探究铝的掺杂对α-α-Fe_(2-x) Al_x O_3样品晶体结构、磁性及界面性能的影响,结果表明铝离子是通过同晶替代的方式进入α-α-Fe_(2-x) Al_x O_3的晶体结构中,粒子尺寸随铝含量的增加而减小,比表面积随铝含量的增加而增加。与纯相α-α-Fe_(2-x) Al_x O_3或α-Al_2O_3相比,掺铝α-α-Fe_(2-x) Al_x O_3样品不仅具有更好的吸附性能,且随着铝掺杂量的增加,吸附剂与污染物之间的结合力增大,表明其具有更强的锁定污染物的能力。(2)通过共沉淀(CP)和连续沉淀(SP)两种制备方法制备系列α-Fe_(2-x)Al_xO_3纳米微粒。重点探究相同掺铝量下不同制备方法对α-Fe_x(Al)_(2-x)O_3产物的结构、颗粒大小及吸附性能等性质的影响,结果表明连续沉淀法所得产物中铝离子同样是通过同晶替代的方式进入α-α-Fe_(2-x) Al_x O_3晶体中。共沉淀法制备产物表面具有更高的铝铁比,共沉淀法制备产物比连续沉淀法所得产物具有更小的尺寸和更大的比表面积。共沉淀法制备产物比连续沉淀法所得产物具有更好的吸附性能和更强的结合力。(3)通过亚铁离子氧化和煅烧法制得伐状γ-α-Fe_(2-x) Al_x O_3纳米微粒,以γ-α-Fe_(2-x) Al_x O_3为催化剂,AB 74为受试污染物,在可见光下探究其降解过程及降解机制,结果表明以γ-α-Fe_(2-x) Al_x O_3/H_2O_2/可见光构建的降解体系对有机染料AB 74具有较高的降解效率。100 mg/L的AB 74在γ-Fe_2O_3/H_2O_2/可见光体系作用下首先被氧化为酸性靛红,酸性靛红进一步被氧化为小分子的脂肪酸如甲酸,乙酸及丁二酸,还有一部分完全矿化为二氧化碳和其他小分子。循环实验6次后,γ-α-Fe_(2-x) Al_x O_3的重复利用率仍近乎为100%。(4)以(3)中所述方法制备的γ-α-Fe_(2-x) Al_x O_3纳米微粒为催化剂,以苯酚为受试污染物,探究γ-α-Fe_(2-x) Al_x O_3纳米微粒对苯酚的催化降解过程,结果表明苯酚在实验体系下被直接降解成二氧化碳,并未出现中间产物,完全矿化率可达82%。
【关键词】：铝掺杂的赤铁矿 磁赤铁矿 吸附性能 降解机制
【学位授予单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 赤铁矿(α-Fe_2O_3)的结构及其应用11-12
• 1.2 磁赤铁矿(γ-Fe_2O_3)结构及应用12-14
• 1.3 研究目的及研究内容14-16
• 第二章 实验部分16-21
• 2.1 主要试剂及实验仪器16-17
• 2.1.1 实验仪器16-17
• 2.1.2 主要试剂17
• 2.2 样品的制备17-18
• 2.2.1 系列水合氧化铁铝混合物的制备17-18
• 2.2.2 γ-Fe_2O_3样品的制备18
• 2.3 实验分析及操作方法18-21
• 2.3.1 工作曲线的测定18-19
• 2.3.2 吸附实验方法19
• 2.3.3 样品零电点的测定方法19-20
• 2.3.4 催化降解有机污染物的实验装置及实验方法20-21
• 第三章 铝掺杂对 α-Fe_2O_3性质及吸附性能的影响21-34
• 3.1 酸性蓝 74、苯酚红及亚甲基蓝的化学结构和基本性质21-22
• 3.2 水合氧化铁铝混合物样品的表征22-23
• 3.2.1 掺铝量对水合氧化铁铝混合物晶体结构的影响22-23
• 3.2.2 掺铝量对水合氧化铁铝混合物转化温度的影响23
• 3.3 α-Fe_(2-x) Al_x O_3样品的表征23-32
• 3.3.1 掺铝量对 α-Fe_(2-x) Al_x O_3产物晶体结构的影响23-27
• 3.3.2 掺铝量对 α-Fe_(2-x) Al_x O_3产物磁性的影响27-28
• 3.3.3 掺铝量对 α-Fe_(2-x) Al_x O_3产物吸附性能的影响28-32
• 3.4 小结32-34
• 第四章 不同制备方法对 α-Fe_(2-x) Al_x O_3结构和性质的影响34-44
• 4.1 不同制备方法制备水合氧化铁铝混合物的表征34-35
• 4.1.1 连续沉淀法制备水合氧化铁铝混合物晶体结构34
• 4.1.2 不同制备方法对水合氧化铁铝混合物转化温度的影响34-35
• 4.2 不同制备方法对 α-Fe_(2-x) Al_x O_3晶体结构的影响35-39
• 4.3 不同制备方法对 α-Fe_(2-x) Al_x O_3晶体磁性的影响39-40
• 4.4 不同制备方法对 α-Fe_(2-x) Al_x O_3吸附性能的影响40-42
• 4.5 小结42-44
• 第五章 γ-Fe_2O_3对AB 74 的催化降解及降解机制研究44-57
• 5.1 样品表征44-47
• 5.1.1 产物结构的表征44-45
• 5.1.2 产物的SEM照片45
• 5.1.3 产物的BET表面积及孔径分布45-46
• 5.1.4 产物的磁性质46-47
• 5.1.5 产物的紫外漫反射谱图47
• 5.2 γ-Fe_2O_3催化降解AB 74 条件的选择47-51
• 5.2.1 平衡时间的确定47-48
• 5.2.2 催化体系的确定48-49
• 5.2.3 初始浓度的确定49-50
• 5.2.4 p H的确定50-51
• 5.3 AB 74 降解机制51-55
• 5.3.1 降解产物的颜色变化及紫外可见光谱图51-52
• 5.3.2 降解产物的核磁共振氢谱和质谱52-54
• 5.3.3 降解产物的红外谱图54-55
• 5.4 γ-Fe_2O_3的回收和重复利用55-56
• 5.5 小结56-57
• 第六章 γ-Fe_2O_3纳米粒子对苯酚的降解研究57-66
• 6.1 催化体系的选择57-58
• 6.2 催化剂用量对降解过程的影响58-59
• 6.3 初始浓度对降解过程的影响59-61
• 6.4 p H对降解过程的影响61-62
• 6.5 催化降解苯酚降解机制62-64
• 6.5.1 催化降解苯酚所得产物的液相谱图62-63
• 6.5.2 催化降解苯酚所得产物的核磁谱图63-64
• 6.6 γ-Fe_2O_3的回收和重复利用64-65
• 6.7 小结65-66
• 第七章 结论66-67
• 参考文献67-75
• 致谢75-76
• 攻读学位期间取得的科研成果清单76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王兰兰;耿延玲;;改进的共沉淀法制备铝酸锌超微颗粒[J];广州化工;2010年12期

2 V慈蕝-;朱尨云;;钍的分析化学 Ⅱ.用碘酸高铈共沉淀法分离痕量钍[J];化学学报;1964年04期

3 莫素珍,沈哲中;磷酸铋共沉淀法测定人尿中的钍[J];核技术;1980年04期

4 吴瑞林,胡玉莲;碲或硒共沉淀法分离金——阳极泥中金的测定[J];黄金;1988年05期

5 于德才,洪广言;共沉淀法制备铝酸镧超微粉末的研究[J];中国稀土学报;1992年01期

6 张超武;李娟莹;;共沉淀法制备羟基磷灰石影响因素的研究[J];材料导报;2006年S2期

7 栾伟娜;陈沙鸥;张永成;夏临华;李达;;共沉淀法制备ZrO_2-Al_2O_3-CeO_2的煅烧反应过程及物相表征[J];材料导报;2007年S3期

8 郭凤瑜,田载雨;磷酸氢钙共沉淀法除去磷酸氢二铵中微量的铁和铅[J];北京大学学报(自然科学版);1987年02期

9 崔升;沈晓冬;林本兰;;液相共沉淀法制备铁酸锰纳米粉[J];无机盐工业;2006年01期

10 池东淳;酸消化～铁共沉淀法测定食品中微量锗[J];中国卫生检验杂志;1994年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 马萍;;共沉淀法超精细陶瓷微粉制备与烧结[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

2 娄向东;田圣军;苏耀峰;;镍酸镧的制备及性能研究[A];第六届全国气湿敏传感器技术学术交流会论文集[C];2000年

3 任建新;郭孝东;钟本和;方为茂;;共沉淀法制备LiFePO_4/C研究[A];中国化学会第28届学术年会第19分会场摘要集[C];2012年

4 董博;张溪文;翁文剑;杜丕一;赵高凌;沈鸽;韩高荣;;共沉淀法提高制备Bi-YIG粉末反应活性的机理研究[A];全国第三届溶胶—凝胶科学技术学术会议论文摘要集[C];2004年

5 郑春满;肖静;韦永滔;郭宇杰;谢凯;;Cu_xIn_yGa_zO_n纳米粉体的共沉淀法制备与表征[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年

6 赖华生;许武;王晓君;谢宜华;狄卫华;陈宝玖;;共沉淀法制备Y(P,V)O_4:Eu~(3+)荧光粉及其真空紫外光谱特性研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年

7 李玉林;;共沉淀法研制蓝色长余辉发光体[A];中国化工学会2009年年会暨第三届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛会议论文集（上）[C];2009年

8 刘浩文;唐定国;李襄宏;张炳广;杨汉民;;共沉淀法合成尖晶石NiFe_2O_4[A];2010中西部地区无机化学化工学术研讨会论文集[C];2010年

9 王德;沈容;韦世强;陆坤权;;La-Ti-O体系电流变材料的制备和性质研究[A];第七届全国液体和软物质物理学术会议程序册及论文摘要集[C];2010年

10 边历峰;焦正;刘锦淮;;喷射共沉淀法制备纳米CoFe_2O_4及其结构表征[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 黎雯;类水滑石/碳纳米管复合材料的构建及其对双酚A的催化降解研究[D];华南理工大学;2015年

2 Mya Theingi;[D];昆明理工大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 梁申申;液相法制备LiFe_(1-x)V_xPO_4/C粉体及电化学性能研究[D];北京化工大学;2015年

2 黄年花;Fe_3O_4的制备及其表面修饰研究[D];电子科技大学;2014年

3 杜芳;锂电池Li-Ni-Co-Mn-O的制备及性能研究[D];西南民族大学;2015年

4 朱华;层状Li[Li_(0.2)Mn_(0.54)Co_(0.13)Ni_(0.13)]O_2 正极材料合成和磷酸锰锂表面修饰改性研究[D];浙江工业大学;2015年

5 邢云;高镍三元锂离子电池正极材料的合成与性能研究[D];河北工业大学;2015年

6 王景红;负膨胀ZrW_2O_8粉体制备方法的对比研究[D];景德镇陶瓷学院;2013年

7 曹珊珊;氧化铁纳米微粒的制备及应用研究[D];河北师范大学;2016年

8 庞秀江;共沉淀法制备铈基储氧材料及其性能的研究[D];四川大学;2004年

9 杨有利;化学共沉淀法制备La_（0.7）（Ca_（0.47）Sr_（0.53））_（0.3）MnO_3的工艺与性能研究[D];昆明理工大学;2005年

10 杜国杰;共沉淀法制备稀土掺杂钨酸盐纳米发光材料[D];河北大学;2012年

  本文关键词：氧化铁纳米微粒的制备及应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：327180