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EDTA存在下光诱导铁氧化物的形成及机理

张绍卫  
【摘要】:由于纳米铁氧化物在催化、防腐、颜料、磁记录材料等领域有着广泛的应用,使得纳米铁氧化物的制备备受关注。从制备铁氧化物的原料区分可以将其分为两大类:一类是以Fe(Ⅲ)盐为原料,另一类则是以Fe(Ⅱ)盐为原料。本文以FeSO_4和NaOH为原料,主要研究了Fe(OH)_2悬浮液在不同条件下的氧化机制,旨在找出其规律,为今后以FeSO_4为原料制备不同的铁氧化物提供必要的实验数据。本文的创新之处在于采用O_3作氧化剂氧化Fe(OH)_2悬浮液并得到了一种新型的筏状γ-FeOOH,另外本文率先将可见光的影响引入实验体系,并对其影响机制进行了初步探讨。 本文作者在前人工作的基础上,改用O_3作氧化剂研究了O_3氧化Fe(OH)_2悬浮液的过程,找到了其主要影响因素——初始pH值和EDTA,并分别对二者进行了研究。结果表明在弱碱性范围内pH值对产物的影响非常敏感,当初始pH值为8.6或8.5时可以得到纯相的γ-FeOOH,当初始pH值升高到8.7时得到的则是纯相的α-FeOOH。通过对产物进行透射电镜表征可以发现得到的γ-FeOOH为纳米筏状结构,α-FeOOH为无定形态。在室温下,O_3氧化Fe(OH)_2生成何种产物取决于氧化速率和pH:在pH值大于8.7时O_3在水中能够分解出氧化能力极强的新生态氧[O]和羟基自由基[·OH],快速将Fe(Ⅱ)氧化,并快速成核转化为非晶态α-FeOOH。当pH值小于8.7时,O_3分解为O_2可能占主导,O_2与配合物Fe~Ⅱ-EDTA的作用,通过电子转移可产生超氧负离子(O_2~-·),可使Fe(Ⅱ)快速生成γ-FeOOH。 通过实验发现,加入适量的EDTA可以明显地加快反应速率,并且可以提高所得产物的纯度,增大EDTA的浓度对反应过程及产物并没有太大影响,主要是因为过量的EDTA络合Fe(Ⅱ)的一种保护作用。 初始pH值和EDTA浓度是O_3氧化Fe(OH)_2悬浮液过程中的两个重要影响因素,同时也是空气氧化Fe(OH)_2悬浮液过程中的两个重要因素。本文分别探讨了初始pH值和EDTA浓度对反应过程及所得产物的影响。结果表明在初始pH值为8.6时可以得到纯的γ-FeOOH,随着pH值的升高则有利于α-FeOOH的生成,当初始pH值为9.0时可以得到纯相的α-FeOOH,pH值继续升高则有利于铁黑的生成。实验表明适量的EDTA的加入可以明显地加快反应速率,缩短反应时间,原因可能是因为EDTA和溶解氧形成电子转移络合物,并通过外层电子转移反应生成超氧负离子(O_2~-·),故而提高了Fe(Ⅱ)的氧化反应速率。EDTA浓度的增加反而降低了反应速率可能是因为过量的EDTA络合Fe(Ⅱ)的一种保护作用。 在污水处理过程中Fe(Ⅲ)通常作为光催化剂使用,大气中的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)可以降解草


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