氧化铁与高岭石胶结的影响因素及其表面性质研究

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铁铝氧化物是红壤中最重要、最活跃的组分之一,它们与粘土矿物相互胶结后,可显著改变土壤的某些理化性质。本文通过合成不同晶形氧化铁单体及其与高岭石的复合物,探讨了在合成过程中复合比例、体系pH、老化时间等因素的影响,测定了它们某些表面化学性质,为进一步揭示氧化铁与高岭石的胶结机理提供依据。取得的主要结果有: 1、X-射线衍射(XRD)图谱及扫描电镜(SEM)图像分析表明,纯化的高岭石及合成的针铁矿、赤铁矿、纤铁矿具有较好的特征衍射峰,没有其它杂峰,表明合成的产物纯度较高;水铁矿没有显示出任何特征衍射峰,符合非晶形氧化铁特点;氧化铁-高岭石复合物的特征衍射峰随着复合物中铁含量的增加,高岭石特征峰都相对减弱,而氧化铁特征峰均出现或增强,表明合成的复合体可能不同程度的被氧化铁所包被。 2、主要按两种方法来合成氧化铁与高岭石的复合物:(1)合成晶质氧化铁与高岭石复合物,其XRD图谱及SEM图像显示出高岭石表面有氧化铁颗粒,其含量(35.34%)也接近理论值,说明在高岭石表面可能形成氧化铁包被物;(2)从非晶质向晶质转化角度合成一系列中间复合物,由电子能谱(EDS)分析可知,非晶质氧化铁-高岭石复合物中铁含量较少,说明未形成氧化铁包被物或是包被量较少,可能是老化时间不够或温度太低所致。 3、在合成不同类型氧化铁-高岭石复合物中,pH、老化时间、老化温度、氧化铁含量等因素对复合物形成过程有较大影响。在低pH条件下,氧化铁表面带大量正电荷,易胶结在高岭石表面;随老化时间延长,非晶质水铁矿-高岭石复合物向晶质氧化铁-高岭石复合物转化,老化温度越高,非晶质氧化铁转化为晶质的速度越快,不易形成良好包被物,老化温度较低(不低于室温)时,老化时间越长,氧化铁易包被在高岭石表面,且包被量增加;复合物中随氧化铁含量增加,胶结量越多,包被效果相对较好。 4、由不同氧化铁与高岭石复合前后傅立叶红外(FT-IR)图谱分析可看出,主要变化集中在样品的Si-O和Fe-O键上。赤铁矿中Fe-O键的吸收峰由556、479 cm-1分别降为赤铁矿-高岭石复合物中的536、472 cm-1,高岭石中Si-O键的吸收峰由1045cm-1降为复合物中的1006、1043cm-1;纤铁矿中的Fe-O特征吸收峰由480cm-1降为纤铁矿-高岭石复合物中的472cm-1,高岭石中Si-O键吸收峰由1118cm-1降为复合物中的1110cm-1。以上数据表明Si-OH键可能与Fe-OH键形成了Fe-O-Si键,使得Fe-O键及Si-O键的吸收峰均向低波数方向移动。 5、合成的赤铁矿、纤铁矿、水铁矿、针铁矿的电荷零点(ZPC)分别为8.36、7.02、8.32、8.69,高岭石的ZPC是3.98;当不同比例氧化铁—高岭石复合物形成后,
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