載β—FeOOH竹炭管的制備與表征

【摘要】 在竹炭管上負(fù)載羥基氧化鐵制備出一種新型的除磷吸附劑，利用XRD，F(xiàn)TIR，SEM對(duì)載β-FeOOH竹炭管進(jìn)行表征檢測(cè)。通過(guò)XRD分析，竹炭管表面物質(zhì)出現(xiàn)β-FeOOH的特征衍射峰；通過(guò)IR分析，竹炭管表面物質(zhì)具有-OH，O-H-Cl及Fe-O-Fe的特征峰；通過(guò)SEM分析，竹炭管表面物質(zhì)為紡錘形，證明載體表面物質(zhì)為β-FeOOH。

【關(guān)鍵詞】 富營(yíng)養(yǎng)化，竹炭管，羥基氧化鐵

目前，水體富營(yíng)養(yǎng)化、藻類大量繁殖是我國(guó)湖泊等景觀水體的主要水質(zhì)問(wèn)題之一[1]。過(guò)量受納植物營(yíng)養(yǎng)污染物是導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化的根本，其中影響最大的為氮和磷這兩種元素[2，3]。就淡水水體的富營(yíng)養(yǎng)化而言，磷的影響比氮的影響可能更重要，由于藻類可利用的氮的量遠(yuǎn)大于可利用的磷的量，因此磷常被作為富營(yíng)養(yǎng)化的限制因子。因此削減營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，尤其是磷元素是控制藻類繁殖的重要手段。

從除磷機(jī)理來(lái)看，物化法和生化法是目前應(yīng)用最普遍的兩種除磷技術(shù)。其中物化法又可分為化學(xué)沉淀、離子交換、晶析、吸附等。近幾年關(guān)注較多的是吸附法[4-6]。目前采用的吸附材料一般以粉末態(tài)或顆粒態(tài)為主，將其投入水體很難取出，一定條件下，水體污染物仍然會(huì)釋放，不能徹底去除污染物，故其在實(shí)際水體中的應(yīng)用受到了限制。

竹炭管具有比表面積大，吸附性能強(qiáng)的特點(diǎn)，羥基氧化鐵具有穩(wěn)定的理化性質(zhì)和較高的比表面積，對(duì)自然環(huán)境介質(zhì)中的污染物起著重要的凈化作用，通常在低pH范圍內(nèi)，溶液中的H+與其結(jié)構(gòu)中的O2 -有極強(qiáng)的親和力， Fe3+釋放至溶液中，使其溶解度增大，吸附能力增強(qiáng)[7-9]。因此利用管狀的竹炭管負(fù)載β-FeOOH則可實(shí)現(xiàn)其對(duì)磷的吸附及在水體的應(yīng)用。

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1實(shí)驗(yàn)儀器及測(cè)定方法

儀器：德國(guó)Bruker-AXS公司的D8 ADVANCE 多晶X射線衍射儀，美國(guó)Varian公司的 Cary 670-FTIR + 610-FTIR Microscope顯微紅外光譜儀，荷蘭Philips公司的Xl-30 ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡（SEM）與日本日立公司的S-4800場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FE-SEM）。

1.2載β-FeOOH竹炭管的制備

用蒸餾水對(duì)竹炭管進(jìn)行清洗，除去表面附著物，將竹炭管放入1%的鹽酸溶液中浸泡24h，再將其放入超聲波清洗器中進(jìn)行清洗30min，曬干、晾干或者在60～105℃下烘0.5～5小時(shí)烘干備用。取1000mL的大口聚乙烯瓶，配制0.1mol/L的FeCl3溶液，取500mLFeCl3溶液于聚乙烯瓶中，將載體置于其內(nèi)，放入水浴鍋內(nèi)，液面沒(méi)過(guò)FeCl3溶液，在40℃條件下水解6d，最后將載體取出用蒸餾水沖洗，放置25～35℃的烘箱內(nèi)烘干，剩余溶液在3000r/min的離心機(jī)中離心30min，測(cè)定上清液中Fe3+的量M上清液，底部固體即β-FeOOH，將其放入25～35℃的烘箱內(nèi)烘干，取出在其中加入足夠量的稀鹽酸反應(yīng)完全后，測(cè)定該溶液中Fe3+的量M固體，通過(guò)公式（1）計(jì)算出載鐵量。

M載鐵量=2.8g-M上清液-M固體 （1）

2.結(jié)果與討論

2.1載β-FeOOH竹炭管的表征

2.1.1XRD圖譜分析

3 .FTIR圖譜分析

載β-FeOOH竹炭管的紅外光譜如圖2。鐵的羥基氧化物的FTIR吸收光譜的特征峰來(lái)自于Fe-OH的彎曲振動(dòng)和Fe-O的伸縮振動(dòng)，區(qū)分不同羥基氧化物的特征吸收峰主要來(lái)自位于FeOOH群體中OH面內(nèi)、外的彎曲振動(dòng)。在最大波長(zhǎng)3400～3340cm-1處的寬峰屬于-OH伸縮振動(dòng)吸收峰，其相鄰位置1538cm-1處的振動(dòng)峰屬于H-O-H的彎曲振動(dòng)峰，位于波長(zhǎng)846和668cm-1處是β-FeOOH的O-H-Cl的特征吸收峰，位于421cm-1處的伸縮振動(dòng)峰是Fe-O-Fe的特征峰。由產(chǎn)物對(duì)應(yīng)的紅外光譜線可以證明該物質(zhì)為FeOOH。

圖2 載β-FeOOH竹炭管的IR圖譜

Fig.2 The IR patterns of charcoal tube coted β-FeOOH

4.SEM圖譜及元素組成分析

未經(jīng)處理的竹炭管表面的形貌如圖3所示，經(jīng)1%鹽酸浸泡24h后的竹炭管表面的形貌如圖5所示。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)處理的竹炭管經(jīng)顯微鏡放大10000倍后，表面仍很平滑，沒(méi)有很明顯的孔洞；而經(jīng)1%鹽酸浸泡24h后的竹炭管經(jīng)顯微鏡放大1000倍，由圖5可以很明顯的看出竹炭管表面有大量的孔洞，有利于對(duì)鐵的吸附，實(shí)現(xiàn)載鐵過(guò)程。通過(guò)EDS圖譜分析比較載β-FeOOH前后竹炭管表面元素變化，由圖4和圖9可以看出，負(fù)載前竹炭管含有C，O，Si三種元素，負(fù)載后竹炭管表面增加了Fe，Cl元素，說(shuō)明鐵被載到竹炭管上。

通過(guò)水解過(guò)程在竹炭管表面所形成礦物經(jīng)不同比例放大后的形貌如圖6，7，8所示。由圖6可以看出，經(jīng)酸泡后竹炭管表面形成較均勻的孔洞；由圖7可以看出，大量的礦物質(zhì)負(fù)載在竹炭管的孔洞內(nèi)；由圖8可以看出，礦物顆粒為紡錘形，表面粗糙，顆粒大小約為200nm，長(zhǎng)寬比約為5。Kan[13]和Ishikawa[14-17]等人將氯化鐵溶液加熱陳化也得到具有相同形貌的β-FeOOH顆粒。

5.結(jié)論

通過(guò)XRD分析，竹炭管表面物質(zhì)在11.84°、16.8°、26.7°、35.2°及56.1°等處出現(xiàn)β-FeOOH的特征衍射峰；通過(guò)IR分析，竹炭管表面物質(zhì)具有-OH，O-H-Cl及Fe-O-Fe的特征峰；通過(guò)SEM分析，竹炭管表面物質(zhì)為紡錘形，表面粗糙，顆粒大小約為200nm，長(zhǎng)寬比約為5，證明竹炭管表面物質(zhì)為β-FeOOH。

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