铝同晶替代对针铁矿的吸附性能和微观结构的影响

铝同晶替代对针铁矿的吸附性能和微观结构的影响本文以Al(III)的不同含量（mol%分别为0、3、6、11.11、15.79、21.95、27.27和30.43，分别以G、AG1、AG2、AG3、AG4、AG5、AG6和AG7表示）同晶替代Fe(III)对形成针铁矿(Gth)的晶体结构、形态、表面积、孔径分布以及对铬黑T吸附的影响。

图1.（a）样品的一些晶体面的d值随着Al含量的变化；（b）样品的晶胞参数（a,b,c和v）随着Al含量的变化

从图1中G到AG5，随着Al的含量的增加，d值和晶胞参数a、b、c和v随着减少，这个结果表明由于铝的离子半径比铁的小，所以铝并入到Gth中，是通过同晶替代发生在Gth的结构中。但Bazilevskaya认为除了Al同晶替代Fe，在Gth结构中还发生了Al簇状结构排列的形成和在Gth表面分离Al相的形成。但是XRD检测不出来分离Al相的形成，同样FTIR也不能够显示分离Al相的任何信息。

图2.样品的SEM图样。a：G；b:AG1；c:AG2；d:AG3；e:AG4；f:AG5；g:AG6；

h:AG7

图2中样品G中晶体是平均长度为1.2μm的均匀针尖状晶体，加入Al3+后，晶体长成多筹针铁矿和孪晶针铁矿。与针尖状晶体的形成相反，孪晶针铁矿的生核发生在水铁矿聚合时，并被限制在沉淀反应的早期阶段。随着掺杂Al的量的增加，多筹晶体的长度变短，Al 的含量达到21.95mol%时，晶体变为球状。可以推断出针尖状晶粒的生长是水铁矿的奥斯特瓦尔德成熟，而多筹针铁矿和孪晶针铁矿的晶粒生长过程可能是1.晶核在溶液中被生成，正在生长的细小晶粒朝着

某一个方向继续生长。2.已生成的晶核的二次生核。

图样。多筹晶体（c和d）。孪晶晶体（e和f）。

图4.样品AG3（a和b）和AG5（c和d）中针尖状晶体的TEM，HRETEM 和SAED图样。

然而从图3中可以看出通过对样品AG1进行TEM、HRTEM和SAED表征能看出生核现象可以同时发生在[100]面和[001]面，但是随后只沿着[100]面生长，从而得出多筹和孪晶针铁矿的晶粒生长过程是晶核在溶液中被生成，正在生长的细小晶粒朝着某一个方向继续生长，而不是已生成的晶核的二次生核。图4中对样品AG3和AG5进行TEM和SAED表征，可以推出样品沿着[001]面生长，在[110]面累积，也可以说明多筹和孪晶针铁矿是朝着某一个方向继续生长

的。从三个样品的SAED图样中发现衍射点图样和单晶体的性质基本

上相同，表明Al并入针铁矿结构中是通过同晶替代Fe3+，而不是被吸附到针铁矿的表面从而形成独立的相。（表明样品中没有生成分离的Al相和XRD及FTIR显示的结果一致）

通过用氮吸附等温线来检测不同样品的BET表面积和微孔结构，可以看出掺杂的Al的含量越高，样品的表面积和微孔面积越多，越有利于吸附。

EBT的等温吸附数据被检测适合Langmuir等温方程。结果显示Al-Gth比针铁矿对EBT的吸附能力更好。原因是Al-Gth的pH pzc和羟基化导致的结构缺陷有助于Al-Gth的氢氧根表面对EBT的吸附。问题：

1.铝同晶替代铁形成针铁矿中出现了赤铁矿，这是为什么？铝同

晶替代铁的过程，是发生在沉淀反应的早期阶段即一边形成针铁矿，一边替代铁，但具体的替代模型还有待研究。

2.Al-Gth晶粒生长是朝某一个方向进行，至于Al对晶粒生长的方

向起到何种作用尚不清楚。