Fe3 O4/凹凸棒的制备及对甲基橙溶液的处理研究

佟艳斌，张晓妮，贺志丽，孙莉群

(大庆师范学院 化学化工学院，黑龙江 大庆163712)

0 引言

凹凸棒是一种具有链层状晶体结构的镁铝硅酸盐粘土矿物，具有很大的外比表面积和内比表面积，表现出很强的表面活性和吸附性能，是一种性能优异的天然矿物纳米材料，因此凹凸棒土广泛应用于水处理领域［1］。

Fenton 试剂是由Fe2+和H2O2在酸性环境中反应。生成具有强氧化性的OH·，在Fe2+化合物中，磁性Fe3O4常被用于异相催化氧化的研究中，能有效提高H2O2的分解速率进而增强有机污染物的分解。如果将凹凸棒与四氧化三铁复合，能够充分发挥凹凸棒与Fenton 试剂的优点，有效提高污水处理的效果［2-3］。

染料甲基橙作为一种偶氮染料，是一种比较难降解的有机物，其水溶液具有染料与酸碱指示剂的典型特征［4］，可以作为具有一定代表性的有机染料之一，因此本实验将甲基橙作为有机染料的代表物。

1 实验部分

1.1 Fe3O4 的制备

称取3.4163g FeCl3·6H2O 和1.2031g FeCl2·4H2O 于250mL 三颈烧瓶中，加入70mL 的蒸馏水，加热温度60℃，逐滴加入1.5mol·L-1NaOH 溶液至pH=8，继续加热30min，搅拌，沉降并用蒸馏水洗涤两次，过滤，产物放于烘干箱中烘干(温度:50℃，时间:120min)。

1.2 Fe3O4/凹凸棒复合材料的制备

(1)样品一的制备

称取一定质量的FeCl3·6H2O，FeCl2·4H2O 和凹凸棒土250mL 的三颈烧瓶中，加入蒸馏水，加热温度60℃，逐滴加入1.5mol·L-1NaOH 溶液至pH=8，继续加热30min，搅拌，沉降并用蒸馏水洗涤两次，过滤，产品放入烘干箱中烘干(温度:50℃，时间:120min)。

(2)样品二的制备

称取一定质量的FeCl3·6H2O，FeCl2·4H2O 和凹凸棒土于250mL 的三颈烧瓶中，加入蒸馏水，加热温度60℃，加入10g 盐酸羟胺，逐滴加入1.5mol·L-1NaOH 溶液至pH=8，继续加热30min，沉降并用蒸馏水洗涤两次，过滤，产品放入烘干箱中烘干(温度:50℃时间:120min)。

表1 Fe3O4/凹凸棒复合材料各成分的用量

1.3 甲基橙溶液的吸附降解实验

(1)处理步骤一

分别取制备的四氧化三铁、Fe3O4/凹凸棒、凹凸棒土样品于50mL 烧杯中，分别加入1mL 0.04g/L 甲基橙标准溶液，加入13.32mg/mL 过氧化氢溶液，再用盐酸调节pH，水浴加热(温度:60℃，时间:50min)，离心取上层清液，测其吸光度A。

(2)处理步骤二

在吸附降解实验中加入盐酸羟胺，研究盐酸羟胺在处理甲基橙时所起的效果。取制备的Fe3O4/凹凸棒样品一于50mL 烧杯中，加入1mL 0.04g/L 甲基橙标准溶液，加入13.32mg/mL 过氧化氢溶液，加入盐酸羟胺，再用盐酸调节pH，水浴加热(温度:60℃，时间:50min)，离心取上层清液，测其吸光度A。

1.4 仪器部分

X 射线粉末衍射仪(Siemens D5005 diffractometer ，Cu Kα)，紫外可见分光光度计(UV765，上海精密科学仪器有限公司)

2 讨论部分

2.1 Fe3O4/凹凸棒复合材料的XRD 分析

图1是Fe3O4/凹凸棒复合材料中样品一的X-射线谱图，图中的衍射峰与文献［5］中的相同，因此，可以证明复合材料中含有Fe3O4晶体。

2.2 复合物与Fe3O4、凹凸棒的作用效果比较

纯Fe3O4、纯凹凸棒土与Fe3O4/凹凸棒在pH=5，H2O2=7mL 的条件研究，20ml0.008g/l 吸光度(A)数据及结果讨论如下:

表2 纯Fe3O4、纯凹凸棒土与Fe3O4/凹凸棒的吸光度

由表2可知，复合材料处理甲基橙后的吸光度要小于纯Fe3O4及纯凹凸棒土处理后的吸光度，根据朗伯-比尔定律，吸光度降低，被测物质甲基橙的浓度降低，说明处理效果越好，因此Fe3O4与凹凸棒复合有助于对甲基橙溶液的处理。

2.3 盐酸羟胺对甲基橙作用效果的影响

表3 样1 与样2 的吸光度

表3中样品一(Fe3O4/凹凸棒)与样品二(合成Fe3O4/凹凸棒含有盐酸羟胺)在试样质量0.1800g，pH=6，加入不同体积H2O2(过氧化氢)对应吸光度值，通过表可以看出，样品二处理甲基橙的吸光度要低于样品一处理的吸光度，根据朗伯-比尔定律，吸光度降低，被测物质甲基橙的浓度降低，说明被处理效果越好。原因可能是Fe2+在空气中具有不稳定性，容易被氧化为Fe3+，合成溶液中加入少量的盐酸羟胺，使Fe3+还原为Fe2+，有利于Fe3O4/凹凸棒复合物中Fe3O4纯度的提高［6］。

表4 样1 的两种处理方式的吸光度(A)

由表4是对样品一经过两种处理步骤后的吸光度值，在pH=2 时，过氧化氢用量是4 mL 时，在吸附降解甲基橙时，通过表中数据可以可知，加入盐酸羟胺后吸光度值要小于不加盐酸羟胺的值，可能是盐酸羟胺将一部分的Fe3+还原为Fe2+的缘故。

4 结语

本文制备了Fe3O4/凹凸棒复合材料，该材料对甲基橙的处理效果要好于纯Fe3O4和凹凸棒土。通过实验发现，合成Fe3O4/凹凸棒复合材料时的溶液中加入盐酸羟胺的试样处理甲基橙的效果要好于没有加入盐酸羟胺的试样，因为Fe2+在空气中具有不稳定性，容易被氧化为Fe3+，所以在合成溶液中加入少量的盐酸羟胺，Fe3+还原为Fe2+，有利于Fe3O4/凹凸棒复合物中Fe3O4纯度的提高。

［1］高薇.凹凸棒石/磁铁氧化物/TiO2 复合材料的制备与性能研究［D］.合肥:合肥工业大学硕士学位论文，2008.

［2］刘红玉，李 戎.Fenton 反应及其在印染废水处理中的应用进展［J］.印染助剂，2010，27(9):7-11.

［3］邵晓梅，李海青，刘德启，姜 凡，武银华.羟基化合物对Fenton 反应选择性的影响研究［J］.水处理技术，2009，35(6):32-35.

［4］暴雅娴.Fenton 氧化处理甲基橙染料废水的研究［D］.无锡:江南大学硕士学位论文，2006.

［5］颜峰.四氧化三铁磁性复合粒子的制备及应用研究［D］.长春:吉林大学硕士学位论文，2008.

［6］华中师范大学.分析化学实验［M］北京:高等教育出版社，2007:150-152.