氫氧化鐵和羥基氧化鐵的催化相轉(zhuǎn)化機(jī)理研究.pdf

1、鐵氧化物廣泛地存在于自然界，它們在我們周圍的環(huán)境，乃至生物體中都發(fā)揮著十分重要的作用。鐵氧化物種類繁多，各物種的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性各異，它們之間存在著豐富多樣的相轉(zhuǎn)化。因此，有關(guān)鐵氧化物的相轉(zhuǎn)化特別是鐵氧化物的還原溶解過程的研究一直倍受關(guān)注。前期研究表明微量Fe(Ⅱ)對Fe(OH)3凝膠的相轉(zhuǎn)化過程有顯著的催化作用。本論文旨在研究低溫、近中性條件下，F(xiàn)e(Ⅱ)離子存在時Fe(OH)3凝膠以及各種羥基氧化鐵的相轉(zhuǎn)化過程。一方面為Fe(Ⅱ)催化相

2、轉(zhuǎn)化理論提供進(jìn)一步的實驗證據(jù)，另一方面由于自然界中還原性物質(zhì)廣泛存在，一些還原性物質(zhì)可將Fe(Ⅲ)還原為Fe(Ⅱ)，本論文研究體系與自然界中鐵氧化物存在環(huán)境有很大的共性，因此所得實驗結(jié)果可為認(rèn)識自然條件下鐵氧化物的形成與相互轉(zhuǎn)化過程提供一些新的認(rèn)識。本論文的主要研究內(nèi)容包括： (1)研究了富SO42-離子環(huán)境中Fe(OH)3凝膠的催化相轉(zhuǎn)化過程，考察了初始pH值、相轉(zhuǎn)化溫度、Fe(OH)3凝膠的微結(jié)構(gòu)以及升溫速率等因素對相轉(zhuǎn)化過

3、程的影響。結(jié)果表明：該條件下在Fe(OH)3凝膠相轉(zhuǎn)化過程中只有α-FeOOH和α-Fe2O3生成。相轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的種類主要取決于溫度，t≤40℃時可生成純相α-FeOOH，40℃＜t＜80℃時生成的是α-FeOOH和α-Fe2O3的混合相，t≥80℃時可生成純相α-Fe2O3。初始pH值、Fe(OH)3凝膠的微結(jié)構(gòu)和升溫速率等因素對Fe(OH)3凝膠相轉(zhuǎn)化產(chǎn)物也有一定的影響。并用Fe(Ⅱ)對Fe(OH)3凝膠的催化溶解機(jī)制和催化固相轉(zhuǎn)化機(jī)

4、制合理地解釋了實驗結(jié)果。 (2)研究了富NO3-離子環(huán)境中Fe(OH)3凝膠的催化相轉(zhuǎn)化過程，考察了初始pH值、相轉(zhuǎn)化溫度、微結(jié)構(gòu)以及升溫速率等因素對相轉(zhuǎn)化過程的影響。結(jié)果表明：該條件下Fe(OH)3凝膠的相轉(zhuǎn)化與富SO42-離子環(huán)境中的相轉(zhuǎn)化有所不同。低溫相轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中除α-FeOOH以外還形成了γ-FeOOH。相轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的種類主要取決于溫度，t≤40℃時生成的是γ-FeOOH和α-FeOOH的混合相，40℃＜t＜80℃時生成的

5、是γ-FeOOH、α-FeOOH和α-Fe2O3的混合相，t≥80℃時可生成純相α-Fe2O3。同時，初始pH值、Fe(OH)3凝膠的微結(jié)構(gòu)和升溫速率等因素對Fe(OH)3凝膠相轉(zhuǎn)化產(chǎn)物也有一定的影響。 (3)研究了微量Fe(Ⅱ)存在時δ-FeOOH的相轉(zhuǎn)化過程。測定了相轉(zhuǎn)化過程中液相Fe(Ⅲ)離子濃度的變化，利用IR、XRD、TEM等手段監(jiān)測了相轉(zhuǎn)化過程。結(jié)果表明：在近中性環(huán)境中，微量Fe(Ⅱ)對相轉(zhuǎn)化過程有明顯的促進(jìn)作用，其

6、催化作用主要表現(xiàn)在兩個方面，一方面通過催化δ-FeOOH的溶解促進(jìn)相轉(zhuǎn)化過程，另一方面催化了δ-FeOOH的固相轉(zhuǎn)化。 (4)研究了近中性環(huán)境中、沸騰回流條件下、微量Fe(Ⅱ)離子存在時β-FeOOH和α-FeOOH的相轉(zhuǎn)化過程。結(jié)果表明，微量Fe(Ⅱ)離子對β-FeOOH和α-FeOOH的相轉(zhuǎn)化均有促進(jìn)作用，但相轉(zhuǎn)化速率明顯低于δ-FeOOH和Fe(OH)3凝膠的催化相轉(zhuǎn)化過程。對β-FeOOH而言Fe(Ⅱ)的作用機(jī)制是促進(jìn)β