[發明專利]一種黑色砷酸鐵晶體及其合成方法

有效

• 申請號: 201611184845.6
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106673069B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 柴立元;李青竹;楊錦琴;王慶偉;閔小波;楊志輝;王海鷹
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G49/00
• 分類號: C01G49/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王文君

技術領域

本發明涉及晶體合成技術領域，更具體涉及一種黑色砷酸鐵晶體及其合成方法。

背景技術

近年來，砷作為常見的環境污染物受到了廣泛關注。在除砷工藝中，鐵鹽法較硫化法和石灰中和法更具優勢，這表現在1)針對高濃度含砷廢水可以通過共沉淀形成砷酸鐵化合物除砷；2)針對低濃度含砷廢水可以利用鐵的氧化物及氫氧化物進行吸附除砷。因此，砷酸鐵化合物是含砷廢水處理中常見的廢渣。除了無定型相，砷酸鐵還包括結晶水含量不同的多種晶體，如FeAsO₄·0.75H₂O(Ferric orthoarsenate or ferric arsenate sub-hydrate)、FeAsO₄·2H₂O(Scorodite and parascorodite)、FeAsO₄·3.5H₂O(Kaňkite)等。臭蔥石FeAsO₄·2H₂O由于穩定性高、含砷量高(～32％)、易于液固分離、含水低等優點被公認是目前最佳的固砷礦物。臭蔥石是一種斜方晶系晶體，研究者提出了兩種不同的微觀結構模型，即雙齒雙核結構和雙齒單核模型[Geochimica et Cosmochimica Acta,2008,72:2649-2672.&Geochimica et Cosmochimica Acta,2010,74:4597-4602.]。但熱力學研究發現FeAsO₄·2H₂O是亞穩態物質，可以由FeAsO₄轉化得到，也可以進一步轉化為FeAsO₄·3.5H₂O。FeAsO₄·3.5H₂O比FeAsO₄·2H₂O更穩定，但FeAsO₄·3.5H₂O的微觀結構尚不明確，推測其具有與Fe₂(SO₄)(AsO₄)(OH)·9H₂O(Bukovskyite)類似的鏈狀結構[Hydrometallurgy 117–118(2012)47–56]。最近，研究者認為FeAsO₄·0.75H₂O也具有比臭蔥石更低的溶解度[Hydrometallurgy 164(2016)136–140.]。砷酸鐵化合物的合成及結構研究有利于探索含砷廢水的新型處理技術，以及改善現有砷酸鐵渣的長期穩定性。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是如何提高As的去除率，而提供一種黑色砷酸鐵晶體及其合成方法。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種黑色砷酸鐵晶體，該黑色砷酸鐵晶體為微米級花瓣狀顆粒，顆粒尺寸為10～20μm，外觀特征為黑色粉末；其化學式為Fe₆(AsO₄)₅；其衍射峰為2θ＝～13.9，16.0，21.2，24.9，25.2，27.8，28.4，29.1，30.5，32.3，34，34.2。

本發明還提供了所述黑色砷酸鐵晶體的合成方法，該合成方法包括如下步驟：

步驟一：采用硝酸鐵、砷酸鈉、硝酸和去離子水配置合成溶液，其中Fe/As的摩爾比為1.0～2.0，As濃度為0.02～0.21mol/L，硝酸濃度為0.26～2.6mol/L；

步驟二：將醇與步驟一得到的合成溶液按體積比例混合得到混合溶液，其中醇的體積控制在10％～50％，得到混合溶液；

步驟三：將步驟二得到的混合溶液按填充量50～80％裝入高壓反應釜，密封后加熱進行反應，反應溫度為160～200℃，反應時間為8～24小時；

步驟四：反應完成后自然冷卻至室溫，打開反應釜將其中的固、液產物轉入離心管以轉速4000～6000rpm離心10～20min，上清液用于分析殘余Fe、As濃度，固體用乙醇和水各沖洗3～4遍并于35～45℃真空條件下烘干，即得。

優選地，在步驟一中，所述的Fe/As的摩爾比為1.5，As濃度為0.21mol/L，硝酸濃度為2.6mol/L。

優選地，在步驟二中，所述的醇包括甲醇、乙醇、異丙醇或叔丁醇。