[發明專利]一種利用電化學沉積快速合成施氏礦物的方法

有效

• 申請號: 202010142704.8
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111137955B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 陳梅芹;吳景雄;孫建騰;李彩虹;麥欣儀;魏培能;鄧輔財;王開峰;牛顯春
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: C02F1/467
• 分類號: C02F1/467
• 代理公司: 茂名市穗海專利事務所 44106
• 代理人: 高錫珍

本發明公開一種利用電化學沉積快速合成施氏礦物的方法，在三電級體系中以硫酸亞鐵和乙酸混合溶液作為施氏礦物成礦母液，利用恒溫水浴鍋控制體系反應溫度35～40oC，調節pH3.0～3.5，采用外加電流驅動母液離子發生氧化?還原循環反應，析出的礦物經抽濾、洗滌以及低溫烘干后獲得成品礦物。本發明可在較短時間內獲得礦物產量高、比表面積大、粒徑500nm~900nm的具有針須發育的海膽球狀施氏礦物。

技術領域

本發明屬于水環境工程技術領域，具體涉及一種基于電化學法促進鐵羥基硫酸鹽礦物——施威特曼礦物快速高效成礦的方法。

背景技術

施威特曼礦物（schwertmannite,簡稱施氏礦物）是一種鐵羥基硫酸鹽礦物，其化學通式為Fe₈O₈(OH)_8-2x(SO₄)_x·nH₂O （1.0≤x≤1.75），通常在pH~3、富Fe (Fe²⁺/Fe³⁺)及SO₄^2-的酸性礦山廢水（Acid Mine Drainage，AMD）環境沉積物中被檢出。施氏礦物在重金屬廢水處理及難降解有機物高級氧化降解方面具有良好的應用前景，主要表現為：（1）在施氏礦物成礦過程中，結構中的Fe(III)和SO₄位點容易被其它重金屬取代而發生重金屬共沉淀行為；再則該礦物具有很高的比表面積（170~250 m²/g），對重金屬離子顯示出優良的吸持固定能力，尤其是鉻和砷，其富集量可分別達到812mg/kg及6740 mgAs/kg，是一種優良的重金屬掃除劑。（2）施氏礦物與H₂O₂聯用可形成持久型類芬頓氧化效應，對難降解有機物顯示極高的催化降解活性。（3）施氏礦物屬于半導體礦物，在可見光輻照下可以產生光電子與空穴，對體系具有一定的催化活性。

然而，自然條件下，施氏礦物通常只存在于極端酸性富Fe、富SO₄^2-的礦山排水環境中，成礦的環境條件窗口窄、產率低。目前，通過人工強化的合成方法主要有雙氧水氧化法（化學快法）、透析法（化學慢法）和微生物法。例如透析合成法（33 d）可得到Fe/S比6.67、粒徑～100 nm、BET 175～220 m²/g的海膽狀“毛刺”結構的礦物(Regenspurg et al.,2004)； H₂O₂快速氧化合成得到Fe/S比3.81、粒徑約400 nm、BET為4～14 m²/g的球形礦物(Bigham et al., 1996; Loan et al., 2005)；而氧化亞鐵硫桿菌氧化FeSO₄合成得到的產品為粒徑約2 μm的球形顆粒，BET比表面積～10 m²/g(Liao et al., 2009)。現有合成方法存在的問題主要有：透析法可獲得高比面積、微觀形貌更接近自然環境下成礦的施氏礦物，但合成的周期太長；H₂O₂快速氧化法速度快，但獲得的礦物未觀察到典型的海膽狀毛刺，比表面積很低；微生物法獲得礦物比表面積小，礦物顆粒團聚較嚴重，合成周期也往往需要2～3d。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用電化學沉積快速合成施氏礦物的方法，所得到的施氏礦物具有高比表面積、粒度均勻、微觀呈典型海膽球狀、表面晶須發育豐富。

本發明提供的一種利用電化學沉積快速合成施氏礦物的方法，在三電級體系中以硫酸亞鐵和乙酸混合溶液作為施氏礦物成礦母液，利用恒溫水浴鍋控制體系反應溫度35～40oC，調節pH3.0～3.5，采用外加電流驅動母液離子發生氧化-還原循環反應，析出的礦物經抽濾、洗滌以及低溫烘干后獲得成品礦物。

上述中，在三電級體系中，以Pt為工作電極、Pt為對電極、Ag/AgCl為參比電極。