铁氧化物腐殖质络合态表征及对γ-HCH光催化降解研究

发布时间：2020-06-08 03:54

【摘要】：利用铁盐强制水解法制备三种铁氧化物α-Fe_2O_3、α-FeOOH、β-FeOOH,通过透射电镜(TEM)扫描,发现产物分别为椭球形、针形和棒形晶体,傅力叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射光谱(XRD)证明所得产物为目标物。 利用FTIR、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)对铁氧化物与腐殖质络合物进行表征。FTIR光谱表明,当腐殖质与α-Fe_2O_3作用之后,在1384cm~(-1)出现一个强吸收峰,而1700cm~(-1)处的-COOH特征峰变弱或消失,表明腐殖质通过-COOH官能团和铁氧化物表面点(□-FeOH~(2+),□-FeOH)通过配位基交换发生络合反应。α-Fe_2O_3络合能力最强,主要形成内球形络合物:α-FeOOH次之;β-FeOOH络合能力最差,主要形成外球形络合物。随着pH的升高,铁氧化物络合能力明显下降。 光化学实验表明,在高压汞灯照射下,γ-HCH能够直接分解。α-Fe_2O_3对γ-HCH的光催化能力最强,α-FeOOH次之,而β-FeOOH几乎不能光催化分解γ-HCH。α-Fe_2O_3光催化γ-HCH反应符合准一级动力学。随着pH的升高,α-Fe_2O_3催化能力明显下降。不同α-Fe_2O_3装载量实验表明,250μM/L的α-Fe_2O_3对初始浓度为1 mg/L γ-HCH溶液具有最佳的光催化效果。在短紫外光辐射下(λ≥220 nm),α-Fe_2O_3具有更强的催化能力。 腐殖质明显减慢了γ-HCH的光分解。腐殖酸(HA)较富里酸(FA)而言,对γ-HCH光解速率的影响更为明显。这可能是由于溶液中一部分γ-HCH分子与腐殖分子由于疏水分配作用,γ-HCH周围积聚更多的腐殖分子,从而减慢了其光解速率。 当α-Fe_2O_3表面形成腐殖质络合物后,在不同的pH下,α-Fe_2O_3催化能力都有轻微的提高。通过原子吸收光谱监测溶液总铁含量,发现表面存在络合物的情况下,α-Fe_2O_3光致溶解的速率大大提高。利用透射电镜观察α-Fe_2O_3表面,发现晶体变薄,存在明显溶解现象。我们推测,溶液中γ-HCH光分解与α-Fe_2O_3表面络合物的存在密切相关。当表面络合物吸收光子后,跃迁到激发态,从而引发一系列的自由基反应,这个过程产生·OH自由基,并伴随着α-Fe_2O_3的溶解。可能是·OH等强氧化性自由 人连理工人学博l学位论义 从’、Y一HCH分子反应,使其分解。显然,这一与传统的半导体光催化理论小同 综仁所述,在腐殖质与铁氧化物共存的天然水系统中,腐殖质对特定污染物的 光分解可能存在双重角色。当腐殖质浓度较高时,由于其与污染物分子竞争光{}{_J’、,父 与污染物分子发生离子交换、静电或疏水分配等作用,从而减慢甚至屏蔽铁软化物的 光催化能力;血、与腐殖质浓度较低时,可以通过配位基交换在铁氧化物表向形)J以各合 物,吸收光r后形成一个从配位基到氧化物表面金属原子(Fe)的电子转移,井引发 系列自山基反应,从而促进了铁氧化物的光催化。 关键词:铁氧化物;腐殖质;表征;丫一HCH;络合物;光降解
【图文】：

.42.1表征结果(I)透射电镜(TEM)从‘fEM图像(图4一)l可以发现a一Fe20:、a一FeooH和p一:eIo0H几种铁认化物的品型明显不同:a一F2e0:为椭圆形的颗粒，颗粒大小小均一，最大的颗粒长轴，Jl以达至lj300nm;a一FeOOH为针型晶体，长度为l一2林m;p一FeooH为两头尖的林形品体，长度为400nm左右。在图4一IA中，可以发现一些针状的杂质，这是溶液熟化过程，1，产产仁的a一FeOOH。(2)X射线衍射光谱(XRD)。一比20:、。一;el0OH和p一Feo0H:种铁氧化物的XRD谱图如图4一2所下通过比较XRD谱图和标准卡片，证明制备的铁氧化物为目标氧化物。XRD潜图中尖锐少t1]_对称的峰表明大颗粒晶体的存在。在a一FeZO:XRD谱图中，最强的_个岭石2.7()、2.52不[11.69人

和一OH官能团是去质子化的，，邻近基团之间由于带有相同的负电荷而相互排斥，因而分子内宫能团之间的斥力使腐殖大分子结构变得松散，分子结构呈舒张的状态。而a一Fe203的存在，抑制了HA3的“漂移”(图6一ZB)，也就是抑制了腐殖分子的质子/去质子化效应。可以推测，这可能是由于腐殖分子吸附在铁氧化物表面，从而隔离或减弱了腐殖分子之间的相互作用;也可能由于铁氧化物的表面点与腐殖分子的这些活性官能团发生络合反应引起的。这需要通过进一步的实验证明。在不同的混合时间(图6一ZB)，紫外-可见吸收光谱有轻微的不同，这说明a一FeZO:与HA3发生了化学反应。据文献报道
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：X132

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本文编号：2702501