针铁矿-高岭石复合体的表面性质和吸附氟的特性

采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外(FT-IR)光谱、质子电位滴定、比表面及微孔分析等方法对针铁矿、高岭石及其复合体的基本性质进行了表征;研究了供试样品对氟的吸附容量及吸附模型.结果表明,在悬浮液体系中,针铁矿可包被在高岭石表面形成二元复合体.复合体的孔径主要分布在0.42 nm和0.61 nm左右,BET表面积为34.08 m2/g,表面分形度D=2.726,质子电荷零点(pHPZNPC)位于5.50～6.50间.初始pH=6.00时,针铁矿对氟的吸附容量(qmax)为4.506 mg/g,高岭石的吸附容量为0.608 mg/g,复合体的吸附容量为3.520 mg/g.用Langmuir和Freundlich方程拟合了针铁矿、高岭石及复合体对氟的等温吸附数据,其中Langmuir方程拟合的相关系数(R2)分别为0.964、0.991和0.799,Freundlich方程拟合的相关系数分别为0.925、0.886和0.995.3种矿物吸附氟的主要机制有阴离子配体交换、表面配位和静电作用;此外,"F-键桥"对复合体吸附氟也有重要贡献.与2种单体的平均值比较,针铁矿-高岭石复合体的孔体积和孔径分布无明显变化,比表面积和表面分形度增加,表面羟基含量和质子电荷量减少,吸附氟的能力增强.针铁矿和高岭石单体对氟的吸附属于单层吸附模式,适合用Langmuir方程拟合;多层吸附模型Freundlich方程可很好地描述复合体对氟的吸附.     

针铁矿与胡敏酸的交互作用及其复合物的稳定性

用碱溶-酸沉淀法制备了针铁矿-胡敏酸复合物.XRD分析表明,复合物的衍射峰都可归属于针铁矿,但其峰强度略弱于针铁矿单体.TEM图像显示,复合物中针铁矿表面包被了形貌不规则的胡敏酸颗粒.与针铁矿和胡敏酸两种单体的IR图谱比较,复合物中羧酸根(COO~-)反对称振动和铁羟基(≡Fe—OH)伸缩振动的频率分别降低了20 cm~(-1)和9 cm~(-1),缔合羟基(H—O····H—O)的振动频率升高了10 cm~(-1),羧酸C—O键的伸缩振动和游离羟基的吸收峰都基本消失.这表明针铁矿表面Fe原子与胡敏酸结构中羧基之间的单齿配位以及针铁矿表面≡Fe—OH与胡敏酸中游离羟基之间的氢键都是二者之间的主要交互作用机制.TG/DTG分析显示,针铁矿单体和复合物中≡Fe—OH的失重峰分别为258℃和276℃,表明胡敏酸的包被作用增强了针铁矿的热稳定性;与胡敏酸单体比较,复合物中脂肪族和芳香族有机质的失重峰温度分别降低了60℃和26℃,且复合物中脂肪族与芳香族有机质的失重量之比明显增大.可见,胡敏酸组分中热稳定性较差的脂肪族组分更容易与针铁矿胶结形成复合物.样品的悬浮液超声分散处理后,胡敏酸和针铁矿单体中大颗粒(2μm)的含量都明显减少;复合物中大颗粒的尺寸和含量的变化却较小.这表明超声分散处理不易破坏复合物中针铁矿与胡敏酸间的胶结作用.