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2种羟基氧化铁对水中Cr_的吸附性能

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2种羟基氧化铁对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能朱志良* 孔令刚 马红梅 赵建夫(同济大学长江水环境教育部重点实验室,污染控制与资源化研究国家重点实验室 上海200092)

摘 要 通过水解方法制备了A-FeO(OH)和B-FeO(OH),研究了其对Cr(Ⅵ)的吸附性能及影响因素。结果表明,2种形式的FeO(OH)在弱酸性环境中对Cr(Ⅵ)均表现出很好的去除效果,吸附过程能够用Langmuir模型较好地描述,A-FeO(OH)和B-FeO(OH)对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量分别为50125和42102mg/g。对初始质量浓度达10mg/LCr(Ⅵ)的水样,通过A-FeO(OH)和B-FeO(OH)的吸附作用,可以将水中Cr(Ⅵ)控制在饮用水安全标准之下。200mg/LCl-、SO2-4,100mg/LF-作为共存离子时,对2种吸附剂吸附Cr(Ⅵ)的效果无明显影响;但100mg/L的H2PO-4和HCO-3共存,可使A-FeO(OH)、B-FeO(OH)对Cr(Ⅵ)的去除效果降低15%~20%。离子强度增加使吸附能力降低。关键词 羟基氧化铁,铬,吸附作用,水处理中图分类号:O658.9 文献标识码:A 文章编号:1000-0518(2007)08-0933-04

2006-08-24收稿,2007-03-25修回上海市科委基础研究重点项目(05JC14059)及科技部小城镇科技发展重大项目(2003BA808A17)通讯联系人:朱志良,男,教授;E-mai:lzz@lmai.ltongj.iedu.cn;研究方向:环境化学与化工,水处理技术

Cr(Ⅵ)具有很强的生物毒性,我国生活饮用水卫生标准规定不得超过0105mg/L[1]。但由于饮用水源受到工业废水的污染或因地质背景所致,常使得生活饮用水的Cr(Ⅵ)含量超标,严重威胁人类健康。因此,受Cr(Ⅵ)污染水体的防治是近年环境修复技术研究的热点之一[2~5]。近年来,利用自然界普遍存在的矿物例如沸石[6]、累托石[7]、膨润土[8]等,对铬进行吸附作用的研究引起了人们的重视,由于它们具有稳定的化学性质和较大的比表面积,可以作为去除水中低浓度重金属离子的有效方法。而利用铁的各种(氧)氢氧化物对有毒有害重金属的吸附性能及机理进行研究,已成为近年研究的热点之一[9~12]。本文制备了2种羟基氧化铁:A-FeO(OH)和B-FeO(OH),对不同浓度的含Cr(Ⅵ)水样进行了吸附作用研究,探讨了影响吸附作用效果的各种因素,旨在为微污染水体中Cr(Ⅵ)的高效去除技术的发展提供相关的理论和技术支持。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器FeCl3、Fe(NO3)3#9H2O、K2CrO4、HCl、NaOH、NaCl、Na2SO4、NaHCO3、NaH2PO4、NH4F均为分析纯试剂。Optima2100DV型ICP-AES等离子体发射光谱(美国PerkinElmer公司);pH23C型pH计(上海雷磁仪器厂)。1.2 实验方法1.2.1 羟基氧化铁的制备 样品的制备参照文献[13]方法进行。(1)A-FeO(OH)的制备:811gFe(NO3)3#9H2O溶解于20mL水中,搅拌下将此溶液注入到20mL体积分数为6%的氨水溶液中,将沉下的无定形氢氧化物用80~100mL水以倾析法洗涤几次。向氢氧化物(含多余的水)注入等体积(4g)KOH溶液,搅匀,水浴加热到60~70e维持2~215h。向生成的淡黄色沉淀中添加5~8g的NH4C,l热水洗至不含Cl-,产品抽滤后,60e干燥。研磨,过01149mm筛孔,制成粉状吸附剂备用。(2)B-FeO(OH)的制备:将011mol/LFeCl3水溶液调整pH值为2左右,慢慢加热(10e/h左右)升温,在80e保温2h左右,室温下放置过夜。先用含有少量氨的水,再用蒸馏水洗涤之后,进行离心分离,50e干燥。研磨,过01149mm筛孔,制成粉状吸附剂备用。

第24卷第8期应用化学Vo.l24No.82007年8月 CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRY Aug.20071.2.2 吸附等温实验 分别移取质量浓度为50、75、100、200、250mg/L的K2CrO4溶液50mL于250mL具塞锥形瓶中,加入011g粉状吸附剂(A-FeO(OH)或B-FeO(OH)),室温振荡24h,静置24h后,5000r/min高速离心10min,取上清液,ICP测定平衡溶液中Cr(Ⅵ)浓度,计算对Cr(Ⅵ)的吸附量。1.2.3 吸附动力学实验 称取各011g吸附剂分别加入一系列250mL锥形瓶中,加入10mg/L的K2CrO4溶液50mL。室温振荡,间隔一段时间(10、30、60、90、120、180、240、300、360和1440min)取样,5000r/min高速离心10min,测定平衡溶液Cr(Ⅵ)浓度。计算不同时间Cr(Ⅵ)的去除率。

2 结果与讨论2.1 羟基氧化铁的表征图1为实验制备的A-FeO(OH)与B-FeO(OH)的XRD表征图谱。图中可见,A-FeO(OH)在2111b、

图1 A-FeO(OH)与B-FeO(OH)的XRD图Fig.1 XRDpatternsofA-FeO(OH)andB-FeO(OH)

3617b和3312b处出现特征衍射峰,B-FeO(OH)在11184b、2617b及3512b处出现特征衍射峰。结果与文献值相符[13]。2.2 pH值对吸附性能的影响图2为A、B2种形态FeO(OH)(投加量均为011g)对100mL初始质量浓度为20mg/LK2CrO4

溶液去除铬的效果随pH值变化的曲线。图中可见,

A-FeO(OH)在弱酸性范围内对Cr(Ⅵ)有很好的去

除效果,去除率保持95%以上。在碱性条件下,随pH值升高,去除率逐渐下降。B-FeO(OH)对Cr(Ⅵ)的最高去除率与A-FeO(OH)基本一致,均在pH值为6左右,强酸或强碱条件均不利于吸附。本文按文献[15]方法测定了A-FeO(OH)和B-FeO(OH)的零点电荷,分别为614和714。在pH值低于其零点电荷时,吸附剂表面带正电荷[14],将有助于以阴离子(CrO2-4、Cr2O2-7)形式存在的Cr(Ⅵ)吸附。而在零点电荷附近,吸附剂对金属离子的吸附通常具有较高的效率。同时考虑到在pH值较低时FeO(OH)的溶出作用,在吸附实验操作中,溶液pH值控制在6左右(与实验室所用去离子水pH值基本一致)。

图2 pH值对FeO(OH)吸附Cr(Ⅵ)性能的影响Fig.2 EffectofpHonadsorptionefficiencyofA-FeO(OH)andB-FeO(OH)forCr(Ⅵ)1.A-FeO(OH);2.B-FeO(OH)图3 2种羟基氧化铁对Cr(Ⅵ)的Langmuir吸附等温线Fig.3 LangmuiradsorptionisothermsofCr(Ⅵ)onA-FeO(OH)andB-FeO(OH)1.A-FeO(OH);2.B-FeO(OH)

2.3 吸附等温线用Langmuir等温吸附模型拟合了A-FeO(OH)和B-FeO(OH)对Cr(Ⅵ)的吸附过程。Langmuir公式:ce/Qe=ce/Q0+1/(bQ0),式中,Qe为平衡时吸附量(mg/g);ce为平衡质量浓度(mg/L);Q0为理论最大吸附容量(mg/g);b为吸附平衡常数(L/mg)。作ce/Qe~ce关系曲线(图3)。由图可见,Langmuir模型能较好地描述A-FeO(OH)和B-FeO(OH)

934应用化学 第24卷 对Cr(Ⅵ)的吸附过程。计算可得:A-FeO(OH)和B-FeO(OH)对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量分别为50125和42102mg/g。2.4 吸附动力学以初始质量浓度10mg/L的50mLK2CrO4溶液,吸附剂011g,pH=6下,做室温吸附动力学实验,结果见图4a。图中可见,铬的去除率分别在30和120min左右能达99%,之后逐渐平衡。对初始质量浓度1mg/LCr(Ⅵ)的吸附效果更佳,实验结果见图4b。在10min内即可达到满意的去除效果。经A-FeO(OH)的处理足以能使Cr(Ⅵ)的含量降低到饮用水安全标准值以下,而投加B-FeO(OH)的溶液中更是基本无Cr(Ⅵ)检出。由于作为饮用水源的微污染水体中,Cr(Ⅵ)质量浓度一般不会超过1mg/L。因此,通过A-FeO(OH)和B-FeO(OH)的吸附作用完全可以把水中Cr(Ⅵ)控制在饮用水安全标准之下。

图4 2种羟基氧化铁对Cr(Ⅵ)吸附的动力学曲线Fig.4 AdsorptionkineticscurvesofCr(Ⅵ)onA-FeO(OH)andB-FeO(OH)a.initialconcentrationofCr(Ⅵ):10mg/L;b.initialconcentrationofCr(Ⅵ):1mg/L;1.A-FeO(OH);2.B-FeO(OH)

2.5 离子强度的影响Stumm指出离子强度对离子吸附的显著影响反映了电性吸附作用的存在,是区分电性吸附作用和

图5 离子强度对2种羟基氧化铁吸附Cr(Ⅵ)性能的影响Fig.5 EffectofionicstrengthontheadsorptionofA-FeO(OH)andB-FeO(OH)forCr(Ⅵ)

1.A-FeO(OH);2.B-FeO(OH)

专性吸附作用的有效手段[15]。如果离子强度足够高,电性吸附对离子的吸附可以忽略,此时的吸附作用主要由专性吸附所致。分别用NaNO3调节离子强度为0、01001、0101、011和0125mol/L,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10mg/L的溶液各50mL,吸附剂用量011g,室温振荡24h。经测定,2种羟基氧化铁对Cr(Ⅵ)的吸附能力均随离子强度的增加逐渐降低(见图5)。由此可见,A-FeO(OH)和B-FeO(OH)对Cr(Ⅵ)的作用存在电性吸附和专性吸附2种形式。2.6 共存离子的影响多种离子存在于吸附体系中,吸附剂表面可能发生吸附质之间的竞争吸附作用。实验中分别用200mg/LCl-、SO2-4,100mg/LHCO-3、H2PO-4、F-

作为共存离子,研究了共存离子对2种吸附剂吸附Cr(Ⅵ)的影响。吸附结果如表1所示。表中可见,表1 共存离子对2种羟基氧化铁吸附Cr(Ⅵ)性能的影响Table1 EffectofcoexistentionsontheadsorptionofCr(Ⅵ)onA-FeO(OH)andB-FeO(OH)

IonConcentrationofion/(mg#L-1)RemovalofCr(Ⅵ)/%A-FeO(OH)B-FeO(OH)IonConcentrationofion/(mg#L-1)RemovalofCr(Ⅵ)/%A-FeO(OH)B-FeO(OH)

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多核羟基氧化铁

多核羟基氧化铁

多核羟基氧化铁1. 引言多核羟基氧化铁（Magnetite, Fe3O4）是一种重要的磁性材料，具有广泛的应用前景。

它由铁离子和氧离子组成，具有高比表面积、优异的磁性能以及良好的生物相容性。

在医学、环境科学、能源等领域，多核羟基氧化铁都发挥着重要作用。

本文将详细介绍多核羟基氧化铁的合成方法、物理化学性质以及在不同领域中的应用。

2. 合成方法多核羟基氧化铁可以通过多种合成方法得到，常见的包括热分解法、共沉淀法、水热法等。

2.1 热分解法热分解法是一种常用的制备多核羟基氧化铁的方法。

该方法通过将金属盐溶液进行高温处理，使其发生分解反应生成固态产物。

具体步骤如下： 1. 预先准备含有金属盐（如FeCl2和FeCl3）溶液； 2. 将溶液加热至一定温度，使金属盐发生分解反应； 3. 控制反应时间和温度，得到多核羟基氧化铁颗粒。

2.2 共沉淀法共沉淀法是另一种常用的合成多核羟基氧化铁的方法。

该方法通过将两种或多种金属盐溶液混合并加入还原剂，使金属离子还原成金属颗粒并沉淀下来。

具体步骤如下： 1. 准备含有两种或多种金属盐（如FeCl2和FeCl3）溶液； 2. 将溶液混合，并加入适量的还原剂（如氢氧化钠）； 3. 搅拌溶液，并控制反应时间和温度； 4. 沉淀下来的固体即为多核羟基氧化铁。

2.3 水热法水热法是一种在高温高压下进行反应的合成方法。

该方法可以得到纳米级别的多核羟基氧化铁颗粒。

具体步骤如下： 1. 预先准备含有金属盐（如FeCl2和FeCl3）溶液； 2. 将溶液倒入高压容器中，并加入适量的还原剂和表面活性剂； 3. 将容器密封，加热至一定温度并保持一定时间； 4. 冷却容器，并取出沉淀的多核羟基氧化铁。

3. 物理化学性质多核羟基氧化铁具有许多独特的物理化学性质，包括磁性、光学性质等。

3.1 磁性多核羟基氧化铁是一种典型的磁性材料，具有高磁饱和度和低剩余磁感应强度。

它可以在外加磁场下实现自发磁化，并且具有较强的顺磁响应。

不同原料制备羟基氧化铁的晶型及脱硫活性研究[1]

不同原料制备羟基氧化铁的晶型及脱硫活性研究[1]

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巩志坚等：不同原料制备羟基氧化铁的晶型及脱硫活性研究
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保护，待亚铁盐溶解后，根据碱比（ 碱比定义为沉淀 剂与亚铁盐当量浓度比） 大小滴加入一定量的碱溶液 （ 碱法是亚铁盐溶液往碱液中滴加） ，待滴加完毕后将 :; 切换为空气开始氧化反应，同时记录反应时间、 +< 值，空气流量、温度、搅拌速度，定时取样分析悬浮液 中 $.; = 和 $.> = 的 浓 度，当 转 化 率［ $.> = ］ ? ［ ! $. ］ 达 "@@ 时，纸析法观察溶液的颜色不变化时氧化反应结
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羟基氧化铁和三氧化二铁的区别

羟基氧化铁和三氧化二铁的区别

羟基氧化铁和三氧化二铁的区别羟基氧化铁和三氧化二铁是两种不同的铁氧化物化合物，它们在化学性质、物理形态以及应用方面存在显著差异。

下面将详细阐述羟基氧化铁（Fe(OH)3）和三氧化二铁（Fe2O3）之间的区别。

**化学成分与结构**羟基氧化铁，化学式为Fe(OH)3，是一种含有羟基（-OH）的化合物，通常以水合形式存在。

它是由铁离子和氢氧根离子组成的，具有层状结构，层间含有水分子。

三氧化二铁，化学式为Fe2O3，是由两个铁离子和三个氧原子组成的氧化物。

它通常以α-Fe2O3（赤铁矿）的形式存在，具有稳定的六方密堆积结构。

**物理性质****羟基氧化铁**：- 颜色：通常呈棕色或红棕色。

- 晶体形态：多呈非晶态或微晶态，水合晶体呈针状或板状。

- 溶解性：不易溶于水，但在酸性环境下溶解度会增加。

**三氧化二铁**：- 颜色：呈红色或红棕色。

- 晶体形态：具有明显的晶体结构，常见为六方晶系。

- 溶解性：在常温常压下，三氧化二铁几乎不溶于水，也不会与水反应。

**化学性质****羟基氧化铁**：- 易受酸性环境影响，与酸反应生成相应的铁盐和水。

- 在高温下可转化为氧化铁，如Fe2O3。

**三氧化二铁**：- 化学稳定性较好，在高温下不易分解。

- 在还原条件下，可以转化为铁或铁的其他氧化物。

**应用领域****羟基氧化铁**：- 环境工程：用于废水处理中的絮凝剂，去除重金属离子。

- 医药领域：作为某些药物的成分，例如用于治疗铁缺乏症。

**三氧化二铁**：- 材料科学：作为红色颜料广泛应用于涂料、塑料和陶瓷工业。

- 电子领域：作为磁性材料应用于数据存储介质。

综上所述，羟基氧化铁和三氧化二铁在化学组成、物理性质、化学性质以及应用领域都存在明显的差异。

金属氧化物表面羟基

金属氧化物表面羟基

金属氧化物表面羟基金属氧化物是一类重要的功能材料，其表面羟基具有重要的催化、吸附、化学传感等性质。

本文主要介绍金属氧化物表面羟基的形成、结构、性质及其应用。

一、金属氧化物表面羟基的形成金属氧化物表面羟基的形成主要是由于金属氧化物表面的吸附作用和氧化还原反应。

1. 吸附作用金属氧化物表面具有很强的吸附作用，可以吸附水分子、氧分子、氧化物、有机物等。

当金属氧化物表面吸附水分子时，水分子中的氢原子和金属氧化物表面形成羟基。

例如，铁氧化物表面吸附水分子时，水分子中的氢原子和铁氧化物表面形成羟基：FeOOH + H2O → FeOOH-OH2. 氧化还原反应金属氧化物表面还可以通过氧化还原反应形成羟基。

当金属氧化物表面与还原剂反应时，金属氧化物表面的氧原子被还原剂夺取，形成羟基。

例如，二氧化钛表面与氢气反应时，氢气夺取表面的氧原子，形成羟基：TiO2 + H2 → TiO2-OH二、金属氧化物表面羟基的结构金属氧化物表面羟基的结构主要包括羟基的构型、羟基的酸性和羟基的氧化还原性。

1. 羟基的构型金属氧化物表面羟基的构型主要有单体羟基、双体羟基和桥式羟基三种。

单体羟基是指羟基只与金属氧化物表面的一个金属离子相连。

双体羟基是指羟基与金属氧化物表面的两个金属离子相连。

桥式羟基是指羟基通过氧原子与金属氧化物表面的两个金属离子相连。

2. 羟基的酸性金属氧化物表面羟基的酸性主要由羟基的电荷分布和空间结构决定。

羟基的酸性可以通过酸碱滴定法、红外光谱等方法来测量。

3. 羟基的氧化还原性金属氧化物表面羟基的氧化还原性主要由羟基的电子亲和力和还原能力决定。

羟基的氧化还原性可以通过电化学方法来测量。

三、金属氧化物表面羟基的性质金属氧化物表面羟基具有很强的催化、吸附、化学传感等性质。

1. 催化性质金属氧化物表面羟基可以作为催化剂催化化学反应。

羟基的活性和选择性可以通过调节羟基的结构和酸碱性来实现。

例如，铝氧化物表面的羟基可以催化酸酯化反应，二氧化钛表面的羟基可以催化光催化反应。