Fe3 O4/凹凸棒的制備及對甲基橙溶液的處理研究

佟艷斌，張曉妮，賀志麗，孫莉群

(大慶師范學院 化學化工學院，黑龍江 大慶163712)

0 引言

凹凸棒是一種具有鏈層狀晶體結(jié)構(gòu)的鎂鋁硅酸鹽粘土礦物，具有很大的外比表面積和內(nèi)比表面積，表現(xiàn)出很強的表面活性和吸附性能，是一種性能優(yōu)異的天然礦物納米材料，因此凹凸棒土廣泛應用于水處理領(lǐng)域［1］。

Fenton 試劑是由Fe2+和H2O2在酸性環(huán)境中反應。生成具有強氧化性的OH·，在Fe2+化合物中，磁性Fe3O4常被用于異相催化氧化的研究中，能有效提高H2O2的分解速率進而增強有機污染物的分解。如果將凹凸棒與四氧化三鐵復合，能夠充分發(fā)揮凹凸棒與Fenton 試劑的優(yōu)點，有效提高污水處理的效果［2-3］。

染料甲基橙作為一種偶氮染料，是一種比較難降解的有機物，其水溶液具有染料與酸堿指示劑的典型特征［4］，可以作為具有一定代表性的有機染料之一，因此本實驗將甲基橙作為有機染料的代表物。

1 實驗部分

1.1 Fe3O4 的制備

稱取3.4163g FeCl3·6H2O 和1.2031g FeCl2·4H2O 于250mL 三頸燒瓶中，加入70mL 的蒸餾水，加熱溫度60℃，逐滴加入1.5mol·L-1NaOH 溶液至pH=8，繼續(xù)加熱30min，攪拌，沉降并用蒸餾水洗滌兩次，過濾，產(chǎn)物放于烘干箱中烘干(溫度:50℃，時間:120min)。

1.2 Fe3O4/凹凸棒復合材料的制備

(1)樣品一的制備

稱取一定質(zhì)量的FeCl3·6H2O，F(xiàn)eCl2·4H2O 和凹凸棒土250mL 的三頸燒瓶中，加入蒸餾水，加熱溫度60℃，逐滴加入1.5mol·L-1NaOH 溶液至pH=8，繼續(xù)加熱30min，攪拌，沉降并用蒸餾水洗滌兩次，過濾，產(chǎn)品放入烘干箱中烘干(溫度:50℃，時間:120min)。

(2)樣品二的制備

稱取一定質(zhì)量的FeCl3·6H2O，F(xiàn)eCl2·4H2O 和凹凸棒土于250mL 的三頸燒瓶中，加入蒸餾水，加熱溫度60℃，加入10g 鹽酸羥胺，逐滴加入1.5mol·L-1NaOH 溶液至pH=8，繼續(xù)加熱30min，沉降并用蒸餾水洗滌兩次，過濾，產(chǎn)品放入烘干箱中烘干(溫度:50℃時間:120min)。

表1 Fe3O4/凹凸棒復合材料各成分的用量

1.3 甲基橙溶液的吸附降解實驗

(1)處理步驟一

分別取制備的四氧化三鐵、Fe3O4/凹凸棒、凹凸棒土樣品于50mL 燒杯中，分別加入1mL 0.04g/L 甲基橙標準溶液，加入13.32mg/mL 過氧化氫溶液，再用鹽酸調(diào)節(jié)pH，水浴加熱(溫度:60℃，時間:50min)，離心取上層清液，測其吸光度A。

(2)處理步驟二

在吸附降解實驗中加入鹽酸羥胺，研究鹽酸羥胺在處理甲基橙時所起的效果。取制備的Fe3O4/凹凸棒樣品一于50mL 燒杯中，加入1mL 0.04g/L 甲基橙標準溶液，加入13.32mg/mL 過氧化氫溶液，加入鹽酸羥胺，再用鹽酸調(diào)節(jié)pH，水浴加熱(溫度:60℃，時間:50min)，離心取上層清液，測其吸光度A。

1.4 儀器部分

X 射線粉末衍射儀(Siemens D5005 diffractometer ，Cu Kα)，紫外可見分光光度計(UV765，上海精密科學儀器有限公司)

2 討論部分

2.1 Fe3O4/凹凸棒復合材料的XRD 分析

圖1是Fe3O4/凹凸棒復合材料中樣品一的X-射線譜圖，圖中的衍射峰與文獻［5］中的相同，因此，可以證明復合材料中含有Fe3O4晶體。

2.2 復合物與Fe3O4、凹凸棒的作用效果比較

純Fe3O4、純凹凸棒土與Fe3O4/凹凸棒在pH=5，H2O2=7mL 的條件研究，20ml0.008g/l 吸光度(A)數(shù)據(jù)及結(jié)果討論如下:

表2 純Fe3O4、純凹凸棒土與Fe3O4/凹凸棒的吸光度

由表2可知，復合材料處理甲基橙后的吸光度要小于純Fe3O4及純凹凸棒土處理后的吸光度，根據(jù)朗伯-比爾定律，吸光度降低，被測物質(zhì)甲基橙的濃度降低，說明處理效果越好，因此Fe3O4與凹凸棒復合有助于對甲基橙溶液的處理。

2.3 鹽酸羥胺對甲基橙作用效果的影響

表3 樣1 與樣2 的吸光度

表3中樣品一(Fe3O4/凹凸棒)與樣品二(合成Fe3O4/凹凸棒含有鹽酸羥胺)在試樣質(zhì)量0.1800g，pH=6，加入不同體積H2O2(過氧化氫)對應吸光度值，通過表可以看出，樣品二處理甲基橙的吸光度要低于樣品一處理的吸光度，根據(jù)朗伯-比爾定律，吸光度降低，被測物質(zhì)甲基橙的濃度降低，說明被處理效果越好。原因可能是Fe2+在空氣中具有不穩(wěn)定性，容易被氧化為Fe3+，合成溶液中加入少量的鹽酸羥胺，使Fe3+還原為Fe2+，有利于Fe3O4/凹凸棒復合物中Fe3O4純度的提高［6］。

表4 樣1 的兩種處理方式的吸光度(A)

由表4是對樣品一經(jīng)過兩種處理步驟后的吸光度值，在pH=2 時，過氧化氫用量是4 mL 時，在吸附降解甲基橙時，通過表中數(shù)據(jù)可以可知，加入鹽酸羥胺后吸光度值要小于不加鹽酸羥胺的值，可能是鹽酸羥胺將一部分的Fe3+還原為Fe2+的緣故。

4 結(jié)語

本文制備了Fe3O4/凹凸棒復合材料，該材料對甲基橙的處理效果要好于純Fe3O4和凹凸棒土。通過實驗發(fā)現(xiàn)，合成Fe3O4/凹凸棒復合材料時的溶液中加入鹽酸羥胺的試樣處理甲基橙的效果要好于沒有加入鹽酸羥胺的試樣，因為Fe2+在空氣中具有不穩(wěn)定性，容易被氧化為Fe3+，所以在合成溶液中加入少量的鹽酸羥胺，F(xiàn)e3+還原為Fe2+，有利于Fe3O4/凹凸棒復合物中Fe3O4純度的提高。

［1］高薇.凹凸棒石/磁鐵氧化物/TiO2 復合材料的制備與性能研究［D］.合肥:合肥工業(yè)大學碩士學位論文，2008.

［2］劉紅玉，李 戎.Fenton 反應及其在印染廢水處理中的應用進展［J］.印染助劑，2010，27(9):7-11.

［3］邵曉梅，李海青，劉德啟，姜 凡，武銀華.羥基化合物對Fenton 反應選擇性的影響研究［J］.水處理技術(shù)，2009，35(6):32-35.

［4］暴雅嫻.Fenton 氧化處理甲基橙染料廢水的研究［D］.無錫:江南大學碩士學位論文，2006.

［5］顏峰.四氧化三鐵磁性復合粒子的制備及應用研究［D］.長春:吉林大學碩士學位論文，2008.

［6］華中師范大學.分析化學實驗［M］北京:高等教育出版社，2007:150-152.