鋁同晶替代赤鐵礦形貌演化機制及其對磷的吸附特征研究.pdf

1、鋁（Al）作為地殼中第三豐富的元素，在土壤赤鐵礦的形成過程中，它以同晶替代方式進入氧化鐵晶格，占據(jù)Fe3+位置。相比于純赤鐵礦，鋁替代赤鐵礦在晶胞參數(shù)、晶粒大小、結(jié)晶度、生長取向、形貌等發(fā)生明顯改變。這些礦物學性質(zhì)的改變又反過來影響了赤鐵礦的表面電荷特性、吸附能力、熱力學穩(wěn)定性、磁性質(zhì)以及溶解性等。因此，深刻地理解鋁同晶替代赤鐵礦納米顆粒的生長過程及其對赤鐵礦礦物學性質(zhì)的影響具有一定的理論意義。本論文研究了鋁同晶替代對赤鐵礦納米顆粒結(jié)構(gòu)

2、和形貌的影響;利用密度泛函理論(DFT)進一步計算出鋁對與赤鐵礦結(jié)構(gòu)的影響;探討了不同鋁同晶替代赤鐵礦對磷的吸附特征。主要結(jié)論如下;
　　1.鋁同晶替代誘導了赤鐵礦納米顆粒沿垂直c軸方向生長，隨著鋁替代量的增加，赤鐵礦的晶胞體積v和晶胞參數(shù)a、c降低，結(jié)晶度減弱，結(jié)晶尺寸增大，比表面積增大，結(jié)構(gòu)水增加;赤鐵礦納米顆粒的形貌從菱形，過渡到菱形和平板狀混合形貌，最后到平板狀。
　　2.DFT計算顯示Al以同晶替代方式進入赤鐵礦體

3、相結(jié)構(gòu)后，使得體相結(jié)構(gòu)內(nèi)金屬八面體發(fā)生不同程度的扭曲形變。這樣的形變主要導致了六方緊密堆積的O原子網(wǎng)絡在a軸方向產(chǎn)生較大的收縮，而在c軸方向上基本保持不變。從整體上看，六方緊密堆積的O原子網(wǎng)絡在ab方向排列更為接近平面六邊形。Al與α-Fe2O3表面作用影響了其表面的原子結(jié)構(gòu)以及表面能。影響程度與Al的量及特定晶面有關。α-Fe2O3(001)和(100)與Al作用（吸附），兩個晶面的表面能發(fā)生明顯的翻轉(zhuǎn)，而翻轉(zhuǎn)后表面能較低的(001)

4、也是平板狀α-Fe2O3的主導晶面。無論是α-Fe2O3體相結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)水還是表面吸附的水都會增強鋁同晶替代α-Fe2O3形貌異質(zhì)性的演化。對于體相結(jié)構(gòu)水，它加劇了六方緊密堆積的O原子網(wǎng)絡在a軸方向的收縮，對于表面吸附水，它鈍化了(001)面，使其表面能進一步降低。
　　3.鋁同晶替代赤鐵礦對磷的吸附過程表現(xiàn)為一個初始快速吸附過程和隨后的慢速吸附過程。隨著鋁同晶替代量的增加，赤鐵礦對磷的初始吸附速率是依次增大的，慢速吸附速率也呈現(xiàn)