热处理天然褐铁矿制备γ-Fe2O3及其NH3-SCR活性探究

以天然褐铁矿为前驱体,通过热处理制备γ-Fe_2O_3作为NH3-SCR催化剂.借助XRD、XRF、XPS、NH3-TPD、FR-IR等表征方法,考察反应温度、褐铁矿中的锰氧化物以及H_2O和SO_2对催化剂选择催化还原NO活性的影响并与α-Fe_2O_3作对比.结果表明,由于γ-Fe_2O_3表面比α-Fe_2O_3具有更强的酸性,使得γ-Fe_2O_3的脱硝温度窗口(200~350℃)宽于α-Fe_2O_3(200~300℃),且在活性温度窗口下,催化剂脱硝效率达到99%以上;γ-Fe_2O_3催化剂中少量MnO_2的存在,提高了催化剂低温段(100~200℃)脱硝活性,降低了高温段(400~450℃)脱硝活性;SO_2的存在会使γ-Fe_2O_3的脱硝温度窗口向高温区偏移100℃、体积分数为5%的H_2O对脱硝反应的抑制作用很小,但当SO_2和5%H_2O同时存在,尤其是SO_2的体积分数达到0.12%时,硫酸铵盐类的迅速生成会大大降低γ-Fe_2O_3的脱硝活性;此外,γ-Fe_2O_3经过NH3-SCR反应后,其磁化率略有降低,催化剂仍然具有磁回收循环利用的潜力.     

聚电解质多层膜/α-Fe2O3改性阳极对MFC性能影响

文章利用层层自组装技术将聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMAC)、聚苯乙烯磺酸钠(PSS)及α-Fe_2O_3修饰到ITO导电玻璃上,并在其最外层修饰导电性良好的α-Fe_2O_3,将之作为微生物燃料电池(MFC)阳极与空白ITO进行比较。当外电阻为1 000Ω时,修饰了4层(PDADMAC/PSS)_4及1层α-Fe_2O_3的ITO阳极的MFC具有最高功率密度,为0.25 W/m~2。修饰了4层、8层(PDADMAC/PSS)_8及1层α-Fe_2O_3的ITO阳极的MFC最大电流均为0.45 mA,但修饰了4层的产电量更稳定。原子力显微镜数据表明(PDADMAC/PSS)_4/α-Fe_2O_3修饰的ITO导电玻璃的表面比较粗糙,这说明其具有较高的比表面积,更利于微生物的黏附。(PDADMAC/PSS)/α-Fe_2O_3修饰ITO后提高了MFC的产电量是由于ITO导电玻璃表面的物化性质改变促进了微生物产生的电子向阳极表面的传导所致。     

金属氧化物降解六氯苯的活性比较及催化机理研究

以氧化铝(α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3)、氧化钙(CaO)、过渡金属氧化物(Mn O_2、α-Fe_2O_3、γ-Fe_2O_3、Ni_2O_3、CuO)为催化剂,考察了催化剂种类、添加比例等因素对六氯苯(Hexachlorobenzene,HCB)降解效果和产物组分的影响.结果表明,催化效果随催化剂添加比例的提高显著增加.在反应温度为350℃,反应时间1 h,金属氧化物添加比例为100∶1的条件下,碱土金属氧化物CaO及过渡金属氧化物中的α-Fe_2O_3和Ni_2O_3降解活性较好,这3种氧化物对HCB的降解率分别达到65.5%、100.0%和100.0%,脱氯率D_1分别为54.4%、81.9%和77.5%.HCB降解有机产物分析结果显示,8种金属氧化物与HCB样品反应产物中均存在低氯代苯,在α-Fe_2O_3和Ni_2O_3的催化作用下有2~4氯代低氯苯检出,说明在降解过程中存在明显的逐级脱氯/加氢反应;与CaO反应后的产物中低氯代苯较少,经拉曼光谱定性分析,有无序碳的检出,说明除了脱氯/加氢还存在脱氯缩合反应.     

光照对SO2在矿质氧化物表面非均相反应的影响

使用原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)研究了SO_2在α-Al_2O_3、TiO_2、CaO和α-Fe_2O_3颗粒物表面的非均相反应,考察了紫外光光照(波长约365 nm)对SO_2在不同氧化物表面反应的影响.结果表明,无紫外光照射条件下,SO_2在TiO_2、α-Al_2O_3、CaO颗粒物表面反应的主要产物为亚硫酸盐;有紫外光照射条件下,SO_2在TiO_2、α-Al_2O_3、CaO颗粒物表面反应的主要产物为硫酸盐;但紫外光照射对SO_2在α-Fe_2O_3表面的反应并没有明显的影响.推测机理可能是光照促进了颗粒物表面的亚硫酸盐向硫酸盐的转化.     

微米α-Fe_2O_3非均相电Fenton降解罗丹明B

以考察非均相电Fenton法处理罗丹明B(RhB)的影响因素为目的,采用水热法制备α-Fe_2O_3微米颗粒,钛涂钌铱(Ti/RuO_2-IrO_2)电极为阳极和阴极,组成非均相电Fenton体系降解RhB废水,探讨了微米α-Fe_2O_3投加质量浓度、pH和电流密度对RhB降解效果的影响,以及催化剂的循环使用效果。结果表明:当微米α-Fe_2O_3投加质量浓度为0.5 g/L,pH为3.0,电流密度为12 mA/cm~2时,反应60 min后,非均相电Fenton体系对RhB的去除率可达97.42%,且催化剂循环使用3次后,仍可以保持95%以上的去除率,具有较好的稳定性。     

微波辅助合成γ-Fe2O3/花生壳磁性生物炭对水体中环丙沙星吸附的研究

基于化学共沉淀法,利用微波辅助成功合成了γ-Fe_2O_3/花生壳磁性生物炭复合材料.结果表明,微波辅助合成扩大了生物炭的比表面积和孔隙体积,提高了生物炭表面γ-Fe_2O_3颗粒的分散度.此外,微波效应使得γ-Fe_2O_3牢固地附着在生物炭表面并提高了吸附剂的磁性.在最佳pH=6.0的条件下,微波辅助合成的磁性生物炭对环丙沙星(CIP)的吸附量为8.30 mg·g~(-1),吸附量高于传统法制备的吸附剂(4.50 mg·g~(-1)).吸附过程受多重机制控制,5次循环实验证实由微波辅助合成的γ-Fe_2O_3/花生壳磁性生物炭纳米复合材料是一种高效、稳定、可重复使用的吸附剂.微波辅助合成给磁性生物炭优化提供了新思路,为提高吸附剂对有机污染物的有效去除提供了新的途径.     

天然水颗粒电动电位的化学模型

结合表面络合化学和双电层物理理论建立天然水颗粒电动电位(即ζ电位)与颐粒表面固有的化学性质及天然水化学条件之间的定量关系。在不同化学条件下,对均匀胶体颗粒(包括聚苯乙烯Latex颗粒和α-Fe_2O_3颗粒)进行电泳测定来验证该模型。结果表明,颗粒表面ζ电位与颗粒表面离子化官能团(—COOH或—OH)的化学性质、天然水pH值和专属吸附的阴阳离子(Ca~(2+)和PO_4~(3-))有密切关系。     

Maghemite(γ-Fe_2O_3) nanoparticles enhance dissimilatory ferrihydrite reduction by Geobacter sulfurreducens: Impacts on iron mineralogical change and bacterial interactions

Microbially mediated bioreduction of iron oxyhydroxide plays an important role in the biogeochemical cycle of iron.Geobacter sulfurreducens is a representative dissimilatory ironreducing bacterium that assembles electrically conductive pili and cytochromes.The impact of supplementation withγ-Fe_2O_3 nanoparticles(NPs)(0.2 and 0.6 g)on the G.sulfurreducens-mediated reduction of ferrihydrite was investigated.In the overall performance of microbial ferrihydrite reduction mediated byγ-Fe_2O_3 NPs,stronger reduction was observed in the presence of direct contact withγ-Fe_2O_3 NPs than with indirect contact.Compared to the production of Fe(Ⅱ)derived from biotic modification with ferrihydrite alone,increases greater than 1.6-and 1.4-fold in the production of Fe(Ⅱ)were detected in the biotic modifications in which direct contact with 0.2 g and 0.6 gγ-Fe_2O_3 NPs,respectively,occurred.X-ray diffraction analysis indicated that magnetite was a unique representative iron mineral in ferrihydrite when active G.sulfurreducens cells were in direct contact withγ-Fe_2O_3 NPs.Because of the sorption of biogenic Fe(Ⅱ)ontoγ-Fe_2O_3 NPs instead of ferrihydrite,the addition ofγ-Fe_2O_3 NPs could also contribute to increased duration of ferrihydrite reduction by preventing ferrihydrite surface passivation.Additionally,electron microscopy analysis confirmed that the direct addition ofγ-Fe_2O_3 NPs stimulated the electrically conductive pili and cytochromes to stretch,facilitating long-range electron transfer between the cells and ferrihydrite.The obtained findings provide a more comprehensive understanding of the effects of iron oxide NPs on soil biogeochemistry.     

羟胺强化过渡金属活化过硫酸盐降解磺胺甲恶唑

以典型磺胺类抗生素—磺胺甲恶唑(SMZ)为降解对象,选取赤铁矿(α-Fe_2O_3)、氧化钴(Co_2O_3)和氧化铜(CuO)3种过渡金属氧化物(M_xO_y),研究了羟胺(HA)对3种过渡金属氧化物活化过硫酸盐(PDS)降解SMZ的强化效果及机理.结果表明,HA对M_xO_y/PDS体系降解SMZ具有明显的促进作用,初始HA、PDS、M_xO_y和SMZ浓度均对SMZ的降解具有重要影响.电子顺磁共振(EPR)实验结果证实,α-Fe_2O_3/HA/PDS和Co_2O_3/HA/PDS体系中的主要活性自由基是·OH,而CuO/HA/PDS体系中SMZ的降解并不依赖于自由基的生成,表面活化态PDS是降解SMZ的主要活性物种.此外,采用高效液相色谱-离子阱质谱联用仪(HPLC-ESI-MS)检测了SMZ在Co_2O_3/HA/PDS体系中的降解产物.结果表明,SMZ主要通过3条路径进行降解矿化,分别为氨基官能团的硝基化、不饱和碳碳双键的羟基加成及磺胺键的断裂.     

磁性羟基磷灰石/生物炭复合材料的制备及对Pb2+的吸附性能

制备了一种磁性羟基磷灰石/生物炭复合材料(HAP/γ-Fe_2O_3/BC)并对其吸附Pb~(2+)的动力学及热力学特性和固液分离回收性能进行了研究.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)等对复合前后的材料进行微观结构表征与分析,利用振动样品磁强计(VSM)研究样品的磁化性能.通过参数计算获得吸附方程与热力学性质.结果表明:羟基磷灰石和γ-Fe_2O_3微粒均负载到生物炭上.相对于BC,复合后的HAP/γ-Fe_2O_3/BC对Pb~(2+)的吸附性能明显提高,并具有良好的磁分离能力.pH值对Pb~(2+)的吸附影响较大,最佳pH值为4.0～5.0.当吸附剂投加量为1 g·L~(-1)、pH值为5、Pb~(2+)的初始浓度为100 mg·L~(-1)时,HAP/γ-Fe_2O_3/BC对Pb~(2+)的去除率达到99%.吸附等温方程和动力学方程的拟合结果分别符合Langmuir吸附等温模型和准二级动力学模型,热力学参数△G0、△H0,是自发吸热的单分子层化学吸附过程.吸附机制主要包括溶解-沉淀作用、离子交换及复合材料表面含氧官能团的络合作用.HAP/γ-Fe_2O_3/BC复合材料在外加磁场的作用下具有良好的分离回收和循环利用性能,是一种潜在的Pb~(2+)高效吸附材料.     

煅烧菱铁矿制备纳米结构化α-Fe2O3及其NH3-SCR脱硝活性研究

利用菱铁矿的热分解特性,在空气中不同温度下(400、500、600、700、800℃)煅烧天然菱铁矿制备具有纳米尺寸形貌特征的α-Fe_2O_3,作为NH_3选择性催化还原(NH_3-SCR)脱硝的催化剂.采用X射线衍射(XRD)、程序升温脱附(NH_3-TPD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)等手段对催化剂结构进行表征,并利用气固相催化反应系统对催化剂的NH_3-SCR脱硝活性和N_2选择性进行评价,同时考察其抗水抗硫及稳定性.结果表明,天然菱铁矿于空气中500℃煅烧相变为α-Fe_2O_3,具有最低的晶体尺寸(约10 nm)、最高的比表面积(39.68 m~2·g~(-1))和最优的脱硝活性;500℃煅烧菱铁矿制备的催化剂在250~400℃温度窗口内脱硝效率达到100%,并能保持较高的N_2选择性,这主要归因于其具有的纳米多孔结构特性和较大的比表面积,以及表面丰富的酸性位点和吸附态氧.当同时存在5%H_2O和0.04%SO_2时,α-Fe_2O_3在250~400℃区间的脱硝效率高于88%,且在300℃下持续反应360 min,脱硝效率维持在75%以上,表明500℃煅烧菱铁矿制备的催化剂具有良好的抗水抗硫和稳定性.     

磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料光催化/吸附去除水中As(Ⅲ)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO_2半导体的光催化活性及CeO_2和Fe_3O_4对As(Ⅴ)的强亲和力,合成了双组份磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始p H值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O_2~-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As(Ⅲ)能完全被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),同时将As(Ⅴ)高效吸附于CeO_2-Fe_3O_4粒子表面.在中性条件下,CeO_2-Fe_3O_4粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g~(-1).共存离子Cl~-和SO_4~(2-)对As(Ⅴ)的吸附没有显著影响,而CO_3~(2-)、SiO_3~(2-)和PO_4~(3-)与As(Ⅴ)存在明显的竞争吸附,使As(Ⅴ)的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As(Ⅴ)的吸附以化学吸附为主导.CeO_2-Fe_3O_4复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

TiO2-Fe2O3复合光催化剂降解废水中土霉素研究

实验以钛酸四丁酯、九水硝酸铁为主要药剂,采用水热法制备纯TiO_2、化学浴法制备TiO_2-Fe_2O_3复合材料,以土霉素为目标降解污染物,研究了Fe_2O_3与TiO_2配比、反应体系、投加量、pH等因素对土霉素降解率的影响,使用XRD、BET、XPS、TEM技术手段对复合材料进行表征分析。实验表明,Fe_2O_3成功复合于TiO_2上,使原材料比表面积增大,在pH=7、微量H2O_2体系下,TiO_2-5%Fe_2O_3复合催化剂能在10 min内降解土霉素,降解率达90%。     

氧化铁脱除SO_2本征动力学研究

研究了温度、SO_2浓度、氧浓度及水蒸汽含量对α-Fe_2O_3脱除SO_2的影响规律.实验得到了幂函数型本征动力学模型中的各项参数值.结合流-固相反应理论,选择了流-固相反应模型,结果表明,在动力学控制区采用随机孔模型时,反应率-时间关系的实验数据与模型计算值能较好的吻合.     

Fe2O3添加对钛基SCR催化剂表面硫酸氢铵分解行为的影响规律

采用共沉淀法合成了TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体,并对硫酸氢铵与上述载体之间的相互作用及硫酸氢铵的具体分解行为进行了研究.结果表明,催化剂载体表面含硫官能团主要以双齿硫酸盐的形式存在,含氮官能团以铵根离子的形式存在.当硫酸氢铵沉积于催化剂载体表面时,由于硫酸根离子具有较强的电负性,Ti原子及Fe原子处于电子缺失状态.对于TiO_2载体,硫酸根离子主要与Ti原子相连;而对于TiO_2-Fe_2O_3载体,Ti原子及Fe原子均为硫酸根离子主要的附着位点.采用热分析方法及原位红外对硫酸氢铵在TiO_2及TiO_2-Fe_2O_3载体表面的分解行为进行了研究,发现铁氧化物的添加显著促进了硫酸氢铵在低温区间内的分解行为;与铵根离子相比,硫酸根离子具有更高的热稳定性.催化剂稳定性测试结果表明,铁氧化物的添加显著提高了低温抗硫抗水性能,为实现低温SCR技术的工业应用提供了理论基础.     

锰负载对磁性铁氧化物吸附Hg0的影响

针对催化氧化脱汞存在催化剂难以回收和抗硫性能差的问题,采用共沉淀法合成纳米磁流体粒子,并负载Mn氧化物得到Mn/γ-Fe_2O_3,同时通过固定床吸附实验考察了吸附剂对模拟烟气中汞吸附的特性及规律,探讨了吸附剂对汞的吸附机理。结果表明:磁性Mn/γ-Fe_2O_3复合纳米颗粒在模拟烟气条件下对汞表现出优异的吸附性能,在200℃时,500 min内平均穿透率达到13%,且几乎不受SO_2的影响,表现出良好的耐受性。零价汞吸附的反应机制主要遵循Mars-Maessen机制,无氧情况下,主要由金属氧化物提供晶格氧参与反应,反应生成弱吸附态汞产物;有氧条件下,金属氧化物消耗的晶格氧能够得到补充,并且在O_2的助力下形成强吸附态产物。     

赤铁矿和磁铁矿的热液生长

一、引言 热液结晶作用对处于较高氧化态的过渡金属化合物的生长是特别有意义的,因为在较低的生长温度下,要稳定这些氧化态不需要高的氧压力。稀土铁石榴石和正铁氧体(Orthoferries)单晶近来特别重要,因为它们的磁学性质使它们在泡畴存贮器中很有用。研究Y_2O_3-Fe_2O_3-H_2O相图表明在此系统中适中温度的情况下,有时磁铁矿(Fe_3O_4)能够形成。尽管综合诺尔汤(Norton)和瓦格曼(Wagman)的资料表明     

汞(Ⅱ)-有机物-悬浮物体系的吸附行为和电泳特征的探讨

本文研究了Hg(Ⅱ)-HS—CH_2—COOH—OH—α-Al_2O_3悬浮体系的吸附行为和电泳特征.通过Gouy-Chapman和Healy模化处理,揭示了α-Al_2O_3微粒固-液界面双电层电荷密度和厚度的分布状况.以Healy模型拟合实验吸附曲线的结果,从热力学的角度,提出了吸附反应存在库仑吸附和化学吸附两种途径.计算结果与实验曲线拟合较好.运用ESCA技术,观察到固-液界面的成键效应.     

部分还原氧化石墨烯-Fe3O4对水中Cd (Ⅱ)的吸附性能及机理

当前,治理可溶性重金属污染是环境保护的迫切任务.以氧化石墨烯(GO)和铁盐为前驱体,一步合成了部分还原氧化石墨烯-Fe_3O_4复合材料(rGO-Fe_3O_4),探索其作为Cd(II)高效吸附剂的潜力.同时,采用多种手段表征吸附剂结构和特性,重点研究了吸附剂对Cd(Ⅱ)的吸附特性和动力学.结果表明,在吸附剂中,纳米Fe_3O_4颗粒均匀地锚在石墨烯片层之间,避免了片层团聚,赋予其优良的吸附性能.在中性溶液中,使用rGO-Fe_3O_4(500 mg·L~(-1))吸附200.09 mg·L~(-1)Cd(II),5 min即可达到吸附平衡,吸附率和吸附量分别为90.88%和363.99 mg·g~(-1).另外,磁分离回收吸附剂仅需10 s,且循环吸附性良好.进一步研究显示,复合材料对Cd(II)的吸附为吸热、自发的化学吸附,过程受化学吸附和液膜扩散控制.     

稀土复合氧化物汽车排气净化催化剂的研究

本文应用浸渍法制备了粒状催化剂L a-Co/γ-Al_2O_3、蜂窝状催化剂La-Co/α-Al_2O_3,对制成的催化剂在实验室进行模拟汽车尾气活性评价,确认蜂窝状催化剂La-Go/α-A1_2O_3的催化活性明显优于粒状催化剂La-Co/γ·A_2O_3.L a-Co/α-Al_2O_3具有优良的CO氧化活性,起燃温度T50%=200℃,并具有一定的NO还原活性,327℃时NO还原率为70.4%.另外催化剂经预还原处理能较大地改善它的CO氧化活性.