Fe(III)水解中和生成羟基氧化铁 毕业论文.doc
《Fe(III)水解中和生成羟基氧化铁 毕业论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《Fe(III)水解中和生成羟基氧化铁 毕业论文.doc(27页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 目 录摘要11 引言11.1 羟基氧化铁的特性21.2 羟基氧化铁的化学制备及影响因素21.2.1反应铁盐和沉淀剂的种类21.2.2反应条件31.3 羟基氧化铁的环境意义31.4 本文研究的目的和意义42 实验部分52.1 实验仪器52.2 实验药品52.3 实验过程52.3.1 不同pH作用下羟基氧化铁的制备52.3.2 不同反应铁盐作用下羟基氧化铁的制备52.3.3 不同温度作用下羟基氧化铁的制备62.4 样品的表征与分析方法73 结果与讨论83.1 pH对羟基氧化铁制备的影响83.1.1 不同pH作用下,羟基氧化铁的XRD图谱83.1.2 不同pH作用下,羟基氧化铁的IR图谱93.2
2、铁盐对羟基氧化铁制备的影响103.2.1 不同铁盐作用下,羟基氧化铁的XRD图谱103.2.2 不同铁盐作用下,羟基氧化铁的IR图谱113.3 温度对羟基氧化铁制备的影响。123.3.1 不同温度作用下,羟基氧化铁的XRD图谱124 结论145 参考文献156 致谢167 附录17Fe(III)水解中和生成羟基氧化铁摘要本文主要考察了铁盐种类、pH和温度对Fe(III)溶液水解中和形成产物羟基氧化铁的影响。结果表明,pH=8条件下,Fe(III)溶液水解产物均为二线水铁矿(Fe5HO84H2O);随着pH升高,Fe5HO84H2O会向-FeOOH相转化。Cl-, NO3-离子的存在均有利于-F
3、eOOH, -FeOOH的形成;SO42-会阻碍Fe5HO84H2O向-FeOOH相转化。加热陈化,可促进Fe5HO84H2O转化为-FeOOH,且利于良好结晶-FeOOH的形成。但pH5,富含Cl-的Fe(III)溶液加热水解利于-FeOOH的生成。关键词:羟基氧化铁;铁盐;pH;温度;形成The synthesis of iron oxyhydroxides by ferric hydrolysis and neutralizationAbstractThe objective of the work is to investigate the synthesis of iron(III)
4、 oxyhydroxides by ferric hydrolysis and neutralization, under the different conditions such as the kind of iron salts, pH values, temperatures. The results show that, under the condition of pH8, the precipitate products resulted from Fe(III) hydrolysis are identified as ferrihydrite(Fe5HO84H2O). As
5、the increases of pH values, ferrihydrite can be transformed to the phase of goethite(-FeOOH). The presence of Cl- or NO3- favors the formation of iron(III) oxyhydroxides such as akaganite(-FeOOH) and goethite. Nevertheless, the presence of SO42- obviously inhibited the formation of goethite from fer
6、rihydrite phase. The increasing of the temperature of the solution may promote ferrihydrite transforming to goethite.Keywords:FeOOH, ferric salts, pH, temperature, formation1 引言自然环境中,羟基氧化铁无处不在,它包括铁的氢氧化物(即羟基氧化铁)和铁的氧化物。其中,羟基氧化铁在工业应用中,是合成磁性材料磁铁矿、磁赤铁和赤铁矿的前驱体1。它还是金属表面腐蚀产物铁锈的主要成分,金属表面形成的腐蚀层因金属材料的组成、用途、所处环
7、境和暴露时间不同,铁矿物矿相组成也不同,通常包括针铁矿、纤铁矿和四方纤铁矿等2。此外,在海洋环境中,羟基氧化铁也广泛存在于海贝(Chiton)的牙齿中3,由贝牙的背面至正面,依次形成水铁矿、磁铁矿和纤铁矿薄层,牙齿的中心区主要为褐铁矿(Limonite)或磷灰石(Apatite)。羟基氧化铁同时也是土壤、沉积物和水体的主要成分,它们具有稳定的理化性质和较高的比表面积,对自然环境介质中的污染物起着重要的净化作用4。1.1 羟基氧化铁的特性铁氧化物,亦可称为铁的(氢)氧化物,它包括铁的氢氧化物和铁的氧化物两大类铁矿物。铁氧化物在自然界分布广泛,在环境介质和生物体内发挥着至关重要的作用,其种类众多,
8、相型结构及稳定性各异,彼此间存在相互转化。不同晶型铁氧化物在一定条件下可发生相的转化5。影响铁氧化物相转化的因素有温度、pH值、铁盐种类等。羟基氧化铁以晶型的-FeOOH和-FeOOH较稳定, Fe5HO84H2O易转化成-FeOOH。Cl-离子较丰富环境中,Fe(III)铁盐溶液易形成-FeOOH。富含SO42-, NO3-离子时,Fe(OH)3凝胶在低于40条件下分别转化成-FeOOH相。在40-80间均转化为另含-Fe2O3的混合相;高于80均转化成纯相-Fe2O35。在近中性环境中,微量Fe(II)对Fe(OH)3凝胶和,-FeOOH的相转化有促进作用,主要表现在可通过催化原矿物相溶解
9、,并促进相转化过程发生6。在缺氧和还原条件下,Fe(II)可催化三价铁矿的溶解和再结晶,形成新的矿物相7。1.2 羟基氧化铁的化学制备及影响因素铁矿物的化学制备方法通常有沉淀法(酸性或碱性条件下)、水解法、亚铁氧化法、水热法和等离子体化学气相沉积法等。在制备羟基氧化铁的化学反应过程中,反应物铁盐的种类和浓度、沉淀剂种类、反应条件(如pH值、时间、温度、搅拌速度和酸碱度等)、离子调节剂和表面活性剂的添加均会影响矿物产物的矿相、晶型、结构组成、颗粒形貌和大小;此外,铁矿物形成过程中的反应机理不同,所得产物也不同。1.2.1反应铁盐和沉淀剂的种类反应物铁盐和沉淀剂的种类对形成产物羟基氧化铁的影响较大
10、8。室温下,于中性或弱碱性溶液中,FeCl3溶液与沉淀剂NaOH, (NH4)2CO3, NH4HCO3和(NH2)COONH4的沉淀反应可制得-FeOOH;Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3溶液与沉淀剂NaOH, (NH4)2CO3、NH4HCO3和(NH2)COONH4的沉淀反应可制得-FeOOH;FeCl3, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3溶液与氨水反应只能得到Fe(OH)3胶体。亚铁盐溶液FeCl2和FeSO4在氧化条件下可制得FeOOH。1.2.2反应条件反应条件如温度、pH值、时间、搅拌速度和酸碱度等对产物的晶型及形貌均会产生一定影响。反应铁盐初始浓度会影响粒子大小和形貌
11、,浓度越大,颗粒变大;在某种晶型形成所在温度范围内,反应温度对产物晶型和形貌没有明显影响,主要影响产物粒子形成速度和粒子粒径大小;而在常温条件下,pH值通常是决定矿物晶型的主要因素之一;当无矿相转化时,反应时间不会影响产物晶型及形貌,但反应时间相对延长,粒子粒径增大;搅拌速度对产物晶型和粒子大小几乎不产生影响,但对粒子形貌与均匀度有所影响,搅拌速度越高,生成粒子均匀度越差9。其中,温度和pH值是决定FeOOH晶型的主要因素。如60下,反应溶液中Fe2+/OH-=3时,产物为纯相。-FeOOH;室温下,pH6-8范围内,Fe2+溶液可形成-FeOOH和-FeOOH混合相产物,pH8-14条件下形
12、成Fe3O410。FeCl3溶液加HCl水解反应中,HCl浓度和反应时间对形成产物矿相种类及组成影响较大11,1-3d,0.1 M FeCl3+0.01 M HCl反应得到纯-FeOOH,HCl浓度位于0.005-0.01 M间反应,除-FeOOH外,还有少量-FeOOH生成; 35d后,各反应主要生成-Fe2O3。在Fe(ClO4)3溶液的慢水解反应中,其浓度为0.005M, 0.02M, 0.1M时,所得产物依次为-FeOOH、-FeOOH和-FeOOH混合物、-Fe2O3;在90和160下水解21d时,分别可得到单分散性结构和层状空洞结构的-Fe2O3; 90下,未加HClO4的0.1
13、M Fe(ClO4)3反应中所得-Fe2O3产物颗粒粒径相对较小(60nm) 12。Fe(II)铁盐在滴加NaOH溶液并通气氧化过程中,Fe2+, Cl-和OH-初始浓度不同,氧化所得沉淀可为-FeOOH (含Cl-丰富环境中), -FeOOH和-FeOOH。由Fe(II)铁盐水解反应制备-FeOOH时,反应条件发生微小改变都会影响粒子的形貌、结构、颗粒尺寸及分散性,通过控制FeC13溶液水解反应中铁盐起始浓度和陈化温度,分别可得到棒状、针形、纺锤形和球形状-FeOOH13。1.3 羟基氧化铁的环境意义羟基氧化铁同时也是土壤、沉积物和水体的主要成分,它们具有稳定的理化性质和较高的比表面积,对自
14、然环境介质中的污染物起着重要的净化作用14。因此,羟基氧化铁在环境治理与修复研究领域的应用日益受到重视,我们在充分了解自然界中钢材腐蚀层和海洋生物钙质层中铁氧化物各矿物矿相形成、转化及稳定性的基础上,可将其矿物形成机理合理应用于铁矿物环境材料的制备,以获得具有良好应用前景的有效吸附剂,应用于治理土壤和水体中的重金属(如Cr(VI))和其他污染物。水体中的铬污染主要来源于采矿、电镀、电子设备生产和制革等行业,上述废水如未经处理排入环境中,易引起地表水和地下水的铬污染。铬通常存在Cr(III)和Cr(VI)两种价态,其中Cr(VI)主要以含氧阴离子形式存在,它易迁移,对生物具有更强的毒性,其毒害作
15、用大约是Cr(III)的500倍,少量Cr(VI)就会对人体产生致畸和致癌作用。目前,利用生物和非金属矿物(铝硅酸盐矿物、碳酸盐矿物和铁的氢氧化物等)去除铬是研究者们关注的热点15。通过非金属矿物的沉淀、离子交换和吸附作用,可以去除溶液中Cr(VI) 16。不同条件下得到的矿物有不同的形貌结构特征和物理化学界面性质,与Cr(VI)间会发生不同的相互作用。羟基氧化铁作为一种非金属矿物广泛存在于土壤和水体沉积物中,它通常以针铁矿、纤铁矿和四方纤铁矿等多种晶体结构形式存在,羟基氧化铁和其它氢氧化物因具有较稳定的化学性质,较高的比表面积和细微的颗粒结构,在环境治理中被日益重视17。由于矿物的转化迁移及
16、环境功能与颗粒物的形貌结构与界面性质密切相关18,有必要对羟基氧化铁的结构界面和矿相特性进行表征,以期对其应用提供理论依据。为此,本文系统地对不同条件下合成的几种羟基氧化铁的结构特征进行了表征,为人们利用羟基氧化铁去除水中的重金属(如Cr(VI))提供了理论依据。1.4 本文研究的目的和意义通过对对Fe(III)溶液水解中和过程的研究,来探讨不同作用因素如铁盐种类、pH和温度等对产物矿相的影响。为人们利用羟基氧化铁去除水中的重金属(如Cr(VI))提供了理论依据。2 实验部分2.1 实验仪器D8 ADVANCE型多晶X-ray衍射仪(德国布鲁克AXS公司),Nicolet 500傅立叶远红外光
17、谱仪,XL30环境扫描电子显微镜(荷兰PHILIPS),LS230型激光粒度分析仪,JS94H微电泳仪(上海中晨公司),pHS3C型数字pH计,LG100B理化干燥箱(上海实验仪器厂有限公司),摇床(江苏太仓华利达实验设备有限公司),78-1型磁力加热搅拌器(常州国华电器有限公司),Sartorius BS210S电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)。2.2 实验药品FeCl36H2O(AR 国药集团化学试剂有限公司),Fe(NO3)39H2O(AR 国药集团化学试剂有限公司),FeSO47H2O(AR 国药集团化学试剂有限公司),Fe2(SO4)3xH2O(AR 国药集团化学试剂有限公司
18、) ,氢氧化钠(AR 国药集团化学试剂有限公司),氢氧化钾(AR 国药集团化学试剂有限公司),硝酸银(AR 国药集团化学试剂有限公司),二苯胺(CP 武汉凯马仕精细化工有限公司),氯化钡(AR 国药集团化学试剂有限公司)。2.3 实验过程2.3.1 不同pH作用下羟基氧化铁的制备常温下,铁盐溶液在磁力搅拌下滴定至所需pH值后出现沉淀。沉淀物形成后取出,离心,透析去杂质离子Cl-(AgNO3溶液滴定),NO3-(二苯胺法)和SO42-(BaCl2溶液滴定)等,干燥,贮备。各成份的浓度和溶液最终的pH值见表1。表1 不同pH作用下羟基氧化铁的制备制备方法(磁力搅拌下)反应铁盐pH温度/ C0.25
19、M FeCl3溶液逐滴加0.5MKOH至一定pH值FeCl38,10,12250.25M Fe(NO3)3溶液逐滴加0.5MKOH至一定pH值Fe(NO3)38,10,12250.25M Fe2(SO4)3溶液逐滴加0.5MKOH至一定pH值Fe2(SO4)38,10,12252.3.2 不同反应铁盐作用下羟基氧化铁的制备常温下,铁盐溶液在磁力搅拌下滴定至所需pH值。沉淀物形成后取出,离心,透析去杂质离子Cl-(AgNO3溶液滴定),NO3-(二苯胺法)和SO42-(BaCl2溶液滴定)等,干燥,贮备。各成份的浓度和溶液最终的pH值见表2。表2不同铁盐作用下羟基氧化铁的制备制备方法(磁力搅拌下
20、)反应铁盐pH温度/ C0.25M FeCl3溶液逐滴加0.5MKOH至一定pH值FeCl312250.25M Fe(NO3)3溶液逐滴加0.5MKOH至一定pH值Fe(NO3)312250.25M Fe2(SO4)3溶液逐滴加0.5MKOH至一定pH值Fe2(SO4)312252.3.3 不同温度作用下羟基氧化铁的制备不同温度下,铁盐溶液在磁力搅拌下滴定至所需pH值。沉淀物形成后取出,离心,透析去杂质离子Cl-(AgNO3溶液滴定),SO42-(BaCl2溶液滴定)等干燥,贮备。各成份的浓度和溶液最终的pH值见表3。表3 不同温度下羟基氧化铁的制备制备方法(磁力搅拌下)反应铁盐pH温度/ C
21、0.25M FeCl3溶液逐滴加0.5MKOH至一定pH值FeCl3525, 600.25M FeCl3溶液逐滴加0.5M KOH至一定pH值FeCl31025, 600.25M FeCl3溶液逐滴加0.5M KOH至一定pH值 FeCl31225, 600.25M Fe2(SO4)3溶液静置1天, 逐滴加2.5MKOH至一定pH值后加热陈化6天 Fe2(SO4)3825,600.25M Fe2(SO4)3溶液静置1天, 逐滴加2.5M KOH至一定pH值后加热陈化6天 Fe2(SO4)31025, 600.25M Fe2(SO4)3溶液静置1天, 逐滴加2.5MKOH至一定pH值后加热陈化6
22、天 Fe2(SO4)31225, 602.4 样品的表征与分析方法样品的晶相用德国布鲁克AXS公司的D8 ADVANCE型多晶X-ray衍射仪(XRD选择的工作条件:CuK 线,40 kV, 200 mA,扫描速度6 /min,扫描范围1080 )分析;样品的衍射特征峰对应d值的确定对照JCPDS卡片19。将样品研磨成粉末,然后,把样品粉末制成有一个十分平整平面的试片。采用Nicolet 500傅立叶远红外光谱仪测定颗粒的表面结构组成及键合情况;该仪器配有一个带有KBr分光镜的DTGS检波器,测试背景值400 mg KBr,分辨率为4 cm-1。取1-2mg合成的羟基氧化铁,在玛瑙研钵中充分研
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- FeIII水解中和生成羟基氧化铁 毕业论文 Fe III 水解 中和 生成 羟基 氧化铁
链接地址:https://www.31doc.com/p-4490210.html