氧化鐵與高嶺石膠結(jié)的影響因素及其表面性質(zhì)研究.pdf

1、鐵鋁氧化物是紅壤中最重要、最活躍的組分之一，它們與粘土礦物相互膠結(jié)后，可顯著改變土壤的某些理化性質(zhì)。本文通過合成不同晶形氧化鐵單體及其與高嶺石的復(fù)合物，探討了在合成過程中復(fù)合比例、體系pH、老化時間等因素的影響，測定了它們某些表面化學(xué)性質(zhì)，為進一步揭示氧化鐵與高嶺石的膠結(jié)機理提供依據(jù)。取得的主要結(jié)果有： 1、X-射線衍射（XRD）圖譜及掃描電鏡（SEM）圖像分析表明，純化的高嶺石及合成的針鐵礦、赤鐵礦、纖鐵礦具有較好的特征衍射峰

2、，沒有其它雜峰，表明合成的產(chǎn)物純度較高；水鐵礦沒有顯示出任何特征衍射峰，符合非晶形氧化鐵特點；氧化鐵-高嶺石復(fù)合物的特征衍射峰隨著復(fù)合物中鐵含量的增加，高嶺石特征峰都相對減弱，而氧化鐵特征峰均出現(xiàn)或增強，表明合成的復(fù)合體可能不同程度的被氧化鐵所包被。 2、主要按兩種方法來合成氧化鐵與高嶺石的復(fù)合物：（1）合成晶質(zhì)氧化鐵與高嶺石復(fù)合物，其XRD圖譜及SEM圖像顯示出高嶺石表面有氧化鐵顆粒，其含量（35.34％）也接近理論值，說明在

3、高嶺石表面可能形成氧化鐵包被物；（2）從非晶質(zhì)向晶質(zhì)轉(zhuǎn)化角度合成一系列中間復(fù)合物，由電子能譜（EDS）分析可知，非晶質(zhì)氧化鐵-高嶺石復(fù)合物中鐵含量較少，說明未形成氧化鐵包被物或是包被量較少，可能是老化時間不夠或溫度太低所致。 3、在合成不同類型氧化鐵-高嶺石復(fù)合物中，pH、老化時間、老化溫度、氧化鐵含量等因素對復(fù)合物形成過程有較大影響。在低pH條件下，氧化鐵表面帶大量正電荷，易膠結(jié)在高嶺石表面；隨老化時間延長，非晶質(zhì)水鐵礦-高嶺

4、石復(fù)合物向晶質(zhì)氧化鐵-高嶺石復(fù)合物轉(zhuǎn)化，老化溫度越高，非晶質(zhì)氧化鐵轉(zhuǎn)化為晶質(zhì)的速度越快，不易形成良好包被物，老化溫度較低（不低于室溫）時，老化時間越長，氧化鐵易包被在高嶺石表面，且包被量增加；復(fù)合物中隨氧化鐵含量增加，膠結(jié)量越多，包被效果相對較好。 4、由不同氧化鐵與高嶺石復(fù)合前后傅立葉紅外（FT-IR）圖譜分析可看出，主要變化集中在樣品的Si-O和Fe-O鍵上。赤鐵礦中Fe-O鍵的吸收峰由556、479cm<'-1>分別降為赤

5、鐵礦-高嶺石復(fù)合物中的536、472cm<'-1>，高嶺石中Si-O鍵的吸收峰由1045cm<'-1>降為復(fù)合物中的1006、1043cm<'-1>；纖鐵礦中的Fe-O特征吸收峰由480cm<'-1>降為纖鐵礦-高嶺石復(fù)合物中的472cm<'-1>，高嶺石中Si-O鍵吸收峰由1118cm<'-1>降為復(fù)合物中的1110cm<'-1>。以上數(shù)據(jù)表明Si-OH鍵可能與Fe-OH鍵形成了Fe-O-Si鍵，使得Fe-O鍵及Si-O鍵的吸收峰均向

6、低波數(shù)方向移動。 5、合成的赤鐵礦、纖鐵礦、水鐵礦、針鐵礦的電荷零點（ZPC）分別為8.36、7.02、8.32、8.69，高嶺石的ZPC是3.98；當(dāng)不同比例氧化鐵－高嶺石復(fù)合物形成后，其ZPC在4.08-8.69之間，并隨著復(fù)合物中氧化鐵比例的增加而升高，隨著老化時間的延長而呈上升趨勢，可能是氧化鐵在高嶺石表面有包被，且氧化鐵ZPC較高，而高嶺石ZPC較低；對不同pH下的復(fù)合物，pH越高，其ZPC越低，這可能與pH高時，包被

7、程度低有關(guān)。 6、氧化鐵的CEC值都比較低（0.5-1.9cmol／kg），高嶺石的CEC值為5cmol／kg，氧化鐵－高嶺石復(fù)合物的CEC為2.2-5.1cmol／kg，比氧化鐵的高，且隨著復(fù)合物中鐵含量的增加而降低；隨著老化時間的延長，水鐵礦－高嶺石復(fù)合物的CEC值呈下降趨勢；不同pH氧化鐵－高嶺石復(fù)合物的CEC隨pH升高而增加。 7、非晶形水鐵礦的比表面積（SSA）最高（256.6m<'2>／g），其次為纖鐵礦（1

8、55.9m<'2>／g）、赤鐵礦（105.8m<'2>／g）、高嶺石（20.8m<'2>／g）。氧化鐵－高嶺石復(fù)合物的SSA隨著復(fù)合物中高嶺石比例的增加逐漸下降，其中以水鐵礦－高嶺石復(fù)合物與纖鐵礦-高嶺石復(fù)合物的SSA下降最明顯，赤鐵礦－高嶺石復(fù)合物的SSA下降后基本保持在一穩(wěn)定值（73.2-85.7m<'2>／g）；復(fù)合物SSA值隨老化時間延長而降低，隨pH值降低而減小。 本文通過對氧化鐵－高嶺石復(fù)合物的表觀特征分析，結(jié)合膠結(jié)