热处理凹凸棒石的结构演化

在查明凹凸棒石矿石矿物组成的基础上,系统采集明光市官山采矿场剖面样品,选择典型矿石样品,利用X射线衍射（XRD）、29Si魔角旋转核磁共振（29 Si MAS-NMR）对不同温度煅烧前后凹凸棒石结构研究,结合热重分析以及程序升温凹凸棒石脱水曲线,认识热处理凹凸棒石结构演化规律,为凹凸棒石黏土加工和应用提供理论依据。结果表明：在240℃左右脱除结构中一半的结晶水,晶体结构发生调整,晶体内部孔道出现折叠;在430℃左右脱除另外二分之一结晶水,同时脱出晶体内部结构水和外表面结构水,晶体结构周期性基本破坏;凹凸棒石在500～700℃温度区间热处理后处于非晶化状态,但是c轴方向的部分有序性仍然存在,硅氧四面链尚没有解体;凹凸棒石脱出结构中一半的结晶水后,经过水化后可以恢复到原来的结构状态,超过350℃热处理凹凸棒石脱出更多的结构水后不能通过水化作用恢复到原来的结构状态。

天然菱铁矿在热处理过程中的结构变化

研究了空气氛围中热处理天然菱铁矿在不同煅烧温度、时间的结构演化规律。结果表明：当煅烧温度达到约430℃时，矿石中的亚铁离子被轻微氧化，随即释放少量CO2，此时菱铁矿矿石表面逐渐出现多孔结构状态，孔径为几个纳米，呈现形态为不规则的串珠状；当煅烧温度达到460℃时，开始大量释放CO2并逐渐相转变为赤铁矿，并在595℃时完全相转变。400-600℃的煅烧产物比表面积和孔结构随着煅烧温度、时间的变化有较为明显的差异。其中470℃煅烧产物由于大量脱去CO2，菱铁矿颗粒内部出现大量1～5nm的介孔，最大比表面积为57．5m^2/g；随着煅烧温度增高、时间延长，赤铁矿晶粒逐渐变大，其晶粒间空隙孔径变大、数量减少，比表面积逐渐降低。天然菱铁矿可以在450-500℃空气氛围中快速热分解获得高比表面积纳米孔材料。

用低品位菱铁矿石去除水中低浓度磷酸盐

用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、X射线荧光和Fourier红外等技术研究了铜陵新桥天然菱铁矿吸附除磷前后的结构和组成特征,结合粒径、溶液p H、反应温度、干扰离子、溶解氧对菱铁矿吸附除磷的效果影响,分析了天然菱铁矿深度除磷的效果及机理。静态吸附实验表明:25℃室温下,在初始磷浓度为1 mg/L,固液质量比为1﹕500时,吸附后溶液中残留磷浓度低于0.025 mg/L,处理后的磷浓度满足地表水环境质量Ⅱ类标准。动力学、热力学实验结果表明:25℃室温下,接触反应8 h时可达到平衡,过程较好地符合Lagergren准二级速率方程;天然菱铁矿对磷的去除规律可用Langmuir模型很好地描述,静态实验除磷饱和容量为6.101 mg/g,并且不受水体共存离子影响。其除磷作用机理主要是菱铁矿中亚铁经氧化产生新生铁氧化物对磷酸根的化学吸附,溶解氧对除磷有显著影响。吸附的产物是以双齿双核表面配位为主,以少量单齿单核表面配位为辅的配位化合物。利用天然菱铁矿在水中氧化产生铁氢氧化物的特性,在城市生活污水深度除磷以及富营养化水体净化领域具有潜在应用价值。

不同矿石类型凹凸棒石黏土热处理后对磷的吸附性能

从明光官山采集灰白色、粉红色凹凸棒石、蒙脱凹凸石棒石、蛋白石凹凸棒石和白云凹凸石凹凸棒石黏土样品,在400～800℃对各种类型矿石样品进行热处理改性,通过X射线衍射分析表征热处理前后样品的物相组成和结构,通过静态吸附实验考察了各种类型矿石样品煅烧前后对低浓度磷的吸附效果.结果表明：白云石凹凸棒石矿石煅烧后具有较好的吸附除磷效果,吸附除磷最佳热处理温度为600～700℃,这是由于白云石凹凸棒石中的纳米凹凸棒石和亚微米多孔状的白云石在600～700℃热处理过程当中发生了热分解和化合反应,新形成的物相方镁石、石灰、斜硅钙石和灰硅钙石对磷的沉淀和吸附起到重要作用.

^(27)Al魔角旋转核磁共振研究热处理凹凸棒石结构中Al配位变化

热处理是凹凸棒石黏土活化改性的常用方法之一。认识热处理过程中凹凸棒石结构演化,特别是凹凸棒石结构中铝配位的变化规律,对于理解凹凸棒石热活化改性的本质是十分重要的,可以为凹凸棒石黏土热化处理提供理论依据。为此,利用27Al魔角旋转核磁共振(MAS-NMR)技术结合X射线衍射分析,研究了经250～900℃热处理的凹凸棒石结构铝配位的变化。结果表明:天然凹凸棒石中铝主要是6配位(铝替代八面体中的镁),有很少量的4配位铝存在(铝替代硅氧四面体中的硅位置),并且在凹凸棒石硅氧四面体的四重周期中存在2个不同的晶格位置;煅烧温度在500℃以下时,铝配位没有发生明显变化;煅烧温度升高到500℃以上时,4配位铝明显增加,并且存在两种不同的晶格位置,表明结构有序性并没有完全破坏,同时还出现了少量的5配位铝。经600℃热处理后,凹凸棒石中铝6配位急剧降低,基本转化为4配位;温度升高到800℃时,6配位以及作为中间态出现的5铝配位完全消失,并且4配位铝峰只有一个峰,表明经过800℃高温处理后4配位铝都处于相同的化学环境。

天冬氨酸对亚铁混凝剂絮体结构及磷酸盐去除效果的影响

铁混凝剂广泛应用于水处理领域,形成的絮体大小、形态和结晶度直接决定其混凝效果。然而小分子有机物对混凝的影响机制尚不清楚。本研究以FeSO_(4)作为混凝剂,通过添加特定的小分子有机物(分子质量<1 000 Da)天冬氨酸,研究了天冬氨酸对絮体生长过程及其产物的影响。结果表明,天冬氨酸通过影响金属的水解和纳米颗粒的性质进而影响其混凝性能。在pH=7时,天冬氨酸的存在延缓了絮体的初始生长时间,但增大了絮凝体的最大粒径(从0.05μm大小的碎片和小球状参杂的絮体变化至0.1μm的褶皱状絮体)和磷酸盐的去除率。当添加0.4 mmol·L^(-1)的天冬氨酸时,纤铁矿(γ-FeOOH)为絮体的主要成分,这可能少量的天冬氨酸存在时,体系中部分亚铁离子会被包裹,Fe(OH)_(2)纳米颗粒由于铁化合物的饱和快速形成,随后作为晶核生长;Fe(OH)_(2)纳米颗粒表面通过被氧化转化成三价铁,最终形成γ-FeOOH;当添加天冬氨酸大于0.4 mmol·L^(-1)时,絮体的主要成分为四方纤铁矿(β-FeOOH),此时部分亚铁离子被完全包裹,剩余的亚铁离子被氧化成三价铁后形成β-FeOOH。经过天冬氨酸诱导后形成的絮体对磷酸盐的去除率均增加了1.57倍左右,处理后的磷酸盐浓度降低到了0.02 mg·L^(-1),且在添加1.5 mmol·L^(-1)天冬氨酸时絮体的尺寸最大,此时的絮体更加容易沉降分离。