密度泛函理论模拟外电场对铁氧体电子结构的影响

通过密度泛函理论(DFT)模拟了3种典型的铁氧体(Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH)受外电场作用下的电子结构,研究了外电场对不同铁氧体电子结构的影响。DFT模拟结果显示:外电场的存在能够有效提高Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH晶体结构的价带位置,从而导致3种铁氧体的带隙出现明显的降低;当外电场强度为0.01 V·nm^(-1)时,Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH的带隙分别降低了0.36、0.12和0.34 eV;当电场增大至0.1 V·nm^(-1)时,Fe_(2)O_(3)晶体出现击穿现象,Fe—O化学键断裂导致Fe原子的电子沿外电场方向高度离域至相邻Fe原子,而Fe_(3)O_(4)和α-FeOOH则仅出现不同价带能级电子局域性增强且能量同质化,因而显示出相对稳定的物理化学结构。此外,外电场的存在可导致3种铁氧体价带电子均出现简并现象,且随电场强度增大而增强。3种铁氧体中,外电场的存在导致Fe_(2)O_(3)晶体中Fe原子的电荷密度增大而降低O原子的电荷密度;Fe_(3)O_(4)晶体结构中不同配位结构的Fe原子以及配位O原子的Hirshfeld电荷几乎不受外电场的影响;α-FeOOH晶体中共边FeO_(6)配位结构的Hirshfeld电荷受外电场影响较小,而共角Fe06配位结构的Hirshfeld电荷受外电场影响较大,且H原子的电荷在强外电场作用下发生歧化响应。随着外电场强度逐渐增大,Fe_(3)O_(4)晶体的电子自旋态密度逐渐增大,而α-FeOOH晶体的电子自旋态密度则显示出降低的规律。

马铃薯膳食纤维的结构特征分析

用水蒸汽爆破和氧化法对马铃薯废渣(PR)进行处理,制备马铃薯膳食纤维(PDF),并用红外光谱法、扫描电镜、热重及化学分析等方法对膳食纤维进行表征。结果表明,经过一系列的物理与化学处理,马铃薯渣中的半乳聚糖在蒸汽爆破下由长链断成短链,且由原来的块状变成片状、无规则的空间网层结构,断链的半乳糖醛基在氧化作用下生成羧基;所得到的PDF具有比表面积大、热力学稳定等特点。研究了PDF对胆固醇吸附性能。结果表明PDF对胆固醇的吸附量为1.4mg/g左右,其吸附机理符合Freundlich模式。马铃薯膳食纤维在生物体内对致病物质有一定的吸附作用。

FeOOH改性玄武岩纤维整体式材料对磷的去除性能及机理

尽管微纳米材料具有优异的环境净化功能,但直接应用微纳米材料具有潜在的生态环境威胁。本研究以惰性玄武岩纤维为基底材料,通过表面活化-Fe3+原位水解方法制备功能性整体式材料(FeOOH@BF)并研究其对水中磷的去除性能。X-射线衍射(X-ray diffraction, XRD)测试显示,在玄武岩纤维表面原位生长的羟基氧化铁(FeOOH)具有α、β两种晶体相结构。FeOOH的附着导致惰性玄武岩纤维表面具有丰富的活性铁羟基吸附位点。吸附结果表明,FeOOH改性的玄武岩纤维整体式材料可有效去除水中的磷酸根。当水中磷含量超过V类地表水质量标准10倍时,5 g·L^(-1)的FeOOH@BF对水中磷的去除率高于80%。FeOOH@BF对水中磷的去除率随着磷初始质量浓度和pH的增大而降低。动力学吸附结果表明,FeOOH@BF对水中磷的吸附过程在达到饱和吸附以前适合用准一级动力学吸附方程描述。吸附饱和后的FeOOH@BF在0.05 mol·L^(-1)的HNO_(3)溶液中经过浸泡12 h再生后,其对磷的吸附容量出现明显的降低,但仍能有效去除水中的磷酸根;当饱和吸附后的FeOOH@BF在HNO_(3)溶液中浸泡24 h再生后,FeOOH@BF仍可有效去除水中的磷且吸附性能趋于稳定。FeOOH@BF材料表面的铁羟基发生去质子化释放H+离子,导致磷酸根质子化形成HPO_(4)^(2-),并进一步与材料表面的铁羟基发生配体交换、离子交换和氢键等作用,进而被玄武岩纤维表面包覆的FeOOH所吸附。