球形核壳结构fe3o4@feooh的制备及性能研究【字数：9807】
摘 要近年来，对于水污染的治理一直是世界关注的重点问题。羟基氧化铁(FeOOH)作为一具有较大的比表面积以及稳定的结构，从而在吸附性能方面有着优秀的表现，因此它在污水处理上有着巨大的潜能。本课题通过纯盐法合成FeOOH晶体，在通过油浴法使其附着在四氧化三铁（Fe3O4）表面制成球形核壳结构Fe3O4@FeOOH材料，通过分析得知样品为表面是FeOOH颗粒的球体且该材料有着优秀的吸附性能，研究分析结果表明该样品最大吸附量可达147 mg/g，去除率可达90%。而且以有磁性Fe3O4作为内核有效解决了作为吸附剂的FeOOH回收困难问题。
目 录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2 羟基氧化铁概述 1
1.2.1羟基氧化铁的结构 2
1.2.2羟基氧化铁的吸附性能 2
1.3 四氧化三铁的概述 2
1.4 球形核壳结构的概述 3
1.5 冷冻干燥法 3
1.5.1冷冻干燥原理 3
1.5.2冷冻干燥技术的特点 4
1.6 本课题研究目的及主要内容 4
1.6.1研究目的 4
1.6.2主要内容 5
2.实验部分 6
2.1实验药品和仪器设备 6
2.1.1实验药品及仪器设备 6
2.2 球形核壳结构Fe3O4@FeOOH的制备研究 7
2.2.1四氧化三铁的前驱体制备 7
2. 3制备所得样品的形貌结构表征 7
2. 4实验吸附性能测试过程 8
2.4.1测试样品对不同浓度溶液的吸附性能 8
2.4.2测试样品的量对吸附性能的影响 8
2.4.3测试温度对样品吸附性能的影响 9
3.结果与讨论 10
3.1结构与形貌表征 10
3.1.1X射线衍射 10
3.1.2扫描电镜(SEM) 10
3.1.3透射电镜(TEM) 11
3.1.4比表面积与孔体积 12
3.2吸附性能分析 13
3.2.1吸附剂质量对吸附性能的影响 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.2.2吸附质浓度对吸附性能的影响 16
3.2.3温度对样品吸附性能的影响 16
全文总结 18
参考文献 19
致谢 21
1.绪论
1.1引言
近年来人类工业文明发展迅速，不可避免的，排放到环境中的重金属离子不论从数量上还是种类上都有明显的增加，而大多数的重金属离子对于生态环境和人类的身体健康都有严重的负面影响，对污水进行吸附处理的研究引起了人们的重视。吸附，是降低废水中有害物质含量的一种有效手段，所以污水的吸附处理成为近年环境修复技术研究的热点之一。当流体接触到多孔的固体时，流体中的某些部分会积蓄在多孔固体的表面处，这种现象就叫吸附。广义来说，物质（主要指固体）的表面吸住周围介质中的分子或离子的现象就称之为吸附。固体称为吸附剂而被吸附物称为吸附质。
吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附定义是某个组分在相界层区域的富及集，又名范德华吸附，是以分子间作用力为主的吸附，物理吸附过程不发生化学反应，也不会发生原子重排、电子转移及化学键的破坏和重新生成等现象。由于分子之间的作用力相对比较弱，所以吸附质的结构变化不大。在吸附的过程中物质的性质不会发生改变，因此吸附能比较小，被吸附的物质很容易重新脱离，如去除异味会使用活性炭吸附气体，当温度上升时后，被吸附的气体又会离开活性炭表面。
化学吸附是指吸附剂与吸附质之间发生化学反应的过程，该吸附过程中会生成新的化学键。化学吸附过程中不仅存在分子间的引力作用，还有化学键的力，因此吸附能大，要使被吸附物质重新排出需要非常高的温度，而且被吸附的物质即使排出，也已经发生了化学变化，不再是吸附前的物质。
在实际的污水处理过程中这两种吸附一般不是单独发挥作用的，大多时候是两种吸附的综合作用，只是由于不同的因素会有不同的吸附占主导地位。化学键力的作力比范德华引力要大得多，作用的距离更短，所以吸附位阱更深。物理吸附类似于吸附质在吸附剂表面发生凝聚，没有选择性。由于吸附剂分子与吸附质分子间的范德华引力，因此可以形成不止一个吸附层。
1.2 羟基氧化铁概述
羟基氧化铁(FeOOH)是一类重要的铁氧化物，广泛存在自然界中，如土壤、矿山的废水、水体的沉积物等环境介质中, 通常状态下以针铁矿、四方纤铁矿和纤铁矿等多种同质多像体的形式存在。FeOOH具有相对稳定的化学性质、较大的比表面积以及细微的颗粒结构。拥有较大的比表面积与孔容的材料不但在催化降解反应上有着不俗的表现，而且作为吸附剂也有着非常优异地的性能。如今废水中的抗生素与重金属离子污染一直是环境问题的难点，所以FeOOH在废水的吸附处理中逐渐引起人们的重视。
1.2.1FeOOH的结构
FeOOH中α，β，γ FeOOH有着不同的形貌，如棒状、片状、纺锤状和球状等。FeOOH与水铝石有着相似结构,有4个伸展方向,分别为正交晶系和斜方晶系结构。每个单位晶胞结构之中都包含有4个FeOOH，其中阴离子按照六方密堆积排列，每个Fe3+离子与其周边的阴离子结合成FeO3(OH)3八面体。
1.2.2FeOOH的吸附性能
FeOOH作为一种环境矿物材料, 它的吸附性能与矿物的表面的物理性质和化学性质密切相关，然而它的理化性质又和吸附材料的主要形成条件，如温度与pH值等及产物矿相、颗粒的形貌和大小密不可分。当所形成的产物的颗粒尺寸越小的时候, 材料的比表面积就会越大，从而其表面的吸附位点就越多,从而越有利于对污染物的吸附。除此以外, FeOOH的界面反应类型以及它与废水中污染物的相互作用力也决定着FeOOH去污能力，需要吸附不同污染物时FeOOH的吸附能力也不相同。
1.3 四氧化三铁的概述
四氧化三铁(Fe3O4)俗称氧化铁黑、吸铁石、黑氧化铁，由于其为具有磁性的黑色晶体故又被人们成为磁性氧化铁。Fe3O4也具有较高比表面积和能锚定和吸附功能分子的活跃表面等性质所以在吸附能力上有着不错的表现。巧妙的利用Fe3O4比表面积大,单分散性和磁性响应可以成功做到吸附剂回收的作用。在本实验中，利用磁铁吸引可以排除没能附着在Fe3O4上的羟基氧化铁。由于具有多孔性和磁性的双重优势，Fe3O4在许多的领域里展示了其广泛的应用价值。
1.4 球形核壳结构概述
目 录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2 羟基氧化铁概述 1
1.2.1羟基氧化铁的结构 2
1.2.2羟基氧化铁的吸附性能 2
1.3 四氧化三铁的概述 2
1.4 球形核壳结构的概述 3
1.5 冷冻干燥法 3
1.5.1冷冻干燥原理 3
1.5.2冷冻干燥技术的特点 4
1.6 本课题研究目的及主要内容 4
1.6.1研究目的 4
1.6.2主要内容 5
2.实验部分 6
2.1实验药品和仪器设备 6
2.1.1实验药品及仪器设备 6
2.2 球形核壳结构Fe3O4@FeOOH的制备研究 7
2.2.1四氧化三铁的前驱体制备 7
2. 3制备所得样品的形貌结构表征 7
2. 4实验吸附性能测试过程 8
2.4.1测试样品对不同浓度溶液的吸附性能 8
2.4.2测试样品的量对吸附性能的影响 8
2.4.3测试温度对样品吸附性能的影响 9
3.结果与讨论 10
3.1结构与形貌表征 10
3.1.1X射线衍射 10
3.1.2扫描电镜(SEM) 10
3.1.3透射电镜(TEM) 11
3.1.4比表面积与孔体积 12
3.2吸附性能分析 13
3.2.1吸附剂质量对吸附性能的影响 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.2.2吸附质浓度对吸附性能的影响 16
3.2.3温度对样品吸附性能的影响 16
全文总结 18
参考文献 19
致谢 21
1.绪论
1.1引言
近年来人类工业文明发展迅速，不可避免的，排放到环境中的重金属离子不论从数量上还是种类上都有明显的增加，而大多数的重金属离子对于生态环境和人类的身体健康都有严重的负面影响，对污水进行吸附处理的研究引起了人们的重视。吸附，是降低废水中有害物质含量的一种有效手段，所以污水的吸附处理成为近年环境修复技术研究的热点之一。当流体接触到多孔的固体时，流体中的某些部分会积蓄在多孔固体的表面处，这种现象就叫吸附。广义来说，物质（主要指固体）的表面吸住周围介质中的分子或离子的现象就称之为吸附。固体称为吸附剂而被吸附物称为吸附质。
吸附分为物理吸附和化学吸附。物理吸附定义是某个组分在相界层区域的富及集，又名范德华吸附，是以分子间作用力为主的吸附，物理吸附过程不发生化学反应，也不会发生原子重排、电子转移及化学键的破坏和重新生成等现象。由于分子之间的作用力相对比较弱，所以吸附质的结构变化不大。在吸附的过程中物质的性质不会发生改变，因此吸附能比较小，被吸附的物质很容易重新脱离，如去除异味会使用活性炭吸附气体，当温度上升时后，被吸附的气体又会离开活性炭表面。
化学吸附是指吸附剂与吸附质之间发生化学反应的过程，该吸附过程中会生成新的化学键。化学吸附过程中不仅存在分子间的引力作用，还有化学键的力，因此吸附能大，要使被吸附物质重新排出需要非常高的温度，而且被吸附的物质即使排出，也已经发生了化学变化，不再是吸附前的物质。
在实际的污水处理过程中这两种吸附一般不是单独发挥作用的，大多时候是两种吸附的综合作用，只是由于不同的因素会有不同的吸附占主导地位。化学键力的作力比范德华引力要大得多，作用的距离更短，所以吸附位阱更深。物理吸附类似于吸附质在吸附剂表面发生凝聚，没有选择性。由于吸附剂分子与吸附质分子间的范德华引力，因此可以形成不止一个吸附层。
1.2 羟基氧化铁概述
羟基氧化铁(FeOOH)是一类重要的铁氧化物，广泛存在自然界中，如土壤、矿山的废水、水体的沉积物等环境介质中, 通常状态下以针铁矿、四方纤铁矿和纤铁矿等多种同质多像体的形式存在。FeOOH具有相对稳定的化学性质、较大的比表面积以及细微的颗粒结构。拥有较大的比表面积与孔容的材料不但在催化降解反应上有着不俗的表现，而且作为吸附剂也有着非常优异地的性能。如今废水中的抗生素与重金属离子污染一直是环境问题的难点，所以FeOOH在废水的吸附处理中逐渐引起人们的重视。
1.2.1FeOOH的结构
FeOOH中α，β，γ FeOOH有着不同的形貌，如棒状、片状、纺锤状和球状等。FeOOH与水铝石有着相似结构,有4个伸展方向,分别为正交晶系和斜方晶系结构。每个单位晶胞结构之中都包含有4个FeOOH，其中阴离子按照六方密堆积排列，每个Fe3+离子与其周边的阴离子结合成FeO3(OH)3八面体。
1.2.2FeOOH的吸附性能
FeOOH作为一种环境矿物材料, 它的吸附性能与矿物的表面的物理性质和化学性质密切相关，然而它的理化性质又和吸附材料的主要形成条件，如温度与pH值等及产物矿相、颗粒的形貌和大小密不可分。当所形成的产物的颗粒尺寸越小的时候, 材料的比表面积就会越大，从而其表面的吸附位点就越多,从而越有利于对污染物的吸附。除此以外, FeOOH的界面反应类型以及它与废水中污染物的相互作用力也决定着FeOOH去污能力，需要吸附不同污染物时FeOOH的吸附能力也不相同。
1.3 四氧化三铁的概述
四氧化三铁(Fe3O4)俗称氧化铁黑、吸铁石、黑氧化铁，由于其为具有磁性的黑色晶体故又被人们成为磁性氧化铁。Fe3O4也具有较高比表面积和能锚定和吸附功能分子的活跃表面等性质所以在吸附能力上有着不错的表现。巧妙的利用Fe3O4比表面积大,单分散性和磁性响应可以成功做到吸附剂回收的作用。在本实验中，利用磁铁吸引可以排除没能附着在Fe3O4上的羟基氧化铁。由于具有多孔性和磁性的双重优势，Fe3O4在许多的领域里展示了其广泛的应用价值。
1.4 球形核壳结构概述
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