孙泽辉等：由铁鳞制备纳米氧化铁可见光光催化剂 73 98 96 94 86 84 78 时间小 808 100:812081408160:8180:8 液周比mL·g) 图4铁鳞在盐酸溶液中反应不同时间的浸出率（其他反应条 图5铁鳞与不同体积的盐酸反应的浸出率（其他反应条件：盐 件：盐酸浓度3mlL-1,液固比150：8mLgl,100℃回流) 酸浓度3molL1,100℃回流2h) Fig.4 Leaching efficiency of the mill scales in hydrochloric acid for Fig.5 Leaching efficiency of the mill scales reacting with different different time (other reaction conditions:concentration of hydrochloric volumes of hydrochloric acid (other reaction conditions:concentration acid 3 molL:liquid-tosolid ratio 150:8 mLg;refluxing at of hydrochloric acid 3mol-L:refluxing at 100C for 2h) 100℃) 条件下制备的氯化铁溶液，进行全元素分析，结果如表 90:8mL·g增加至150：8mL·g时，铁鳞的浸出率从 2所示.从表中可以看出，铁鳞的浸出液中主要是以铁 78.8%迅速增大到92.9%，继续增大液固比至180： 离子为主，其次是Mn、Si等，其余杂质离子含量极少. 8mL·g时，铁鳞浸出率约为94.6%，增幅较小.这说 当改变实验的液固比为90：8mL·g时，其余条件不变 明液固比控制在150：8mL·g时，盐酸与铁鳞相比过 的情况下，得到的铁鳞浸出液中铁离子和杂质离子的 量，已经达到溶解铁鳞所需要的量. 浓度均增大，而钾离子的浓度减少 综合考虑成本和时间等因素，确定铁鳞在盐酸溶 以铁元素为基准，分别把液固比为150：8mL·g1 液中的最佳浸出条件为：液固比控制在150：8mL·g1, 和90：8mL·g时得到的浸出液稀释，使铁离子的浓度 盐酸浓度3molL,100℃下回流2h.基于上述实验 控制在l4 mmol.L,其余各个离子含量如表3所示. 表2浸出液的各元素含量 Table 2 Element contents of the leachate 液固比/ 浓度/(momL-1) (mL'g-1) TFe Si Al Ca Mn Mo K Cr 150:8 589.3 2.4 0.5 0.1 4.2 0.0006 0.04 0.1 0.32 90:8 807.1 4.32 0.83 0.3 5.8 0.025 0.04 0.043 0.75 表3稀释后浸出液的各元素含量 Table 3 Element contents of the leachate after dilution 浓度/(mmol-L1) 浸出液 TFe Si Al Ca Mn P Mo K Cr 浸出液1 14.0 0.06 0.01 0.002 0.1 0.00001 0.001 0.0002 0.004 浸出液2 14.0 0.075 0.014 0.005 0.1 0.0004 0.0008 0.0007 0.013 2.3纳米Fe,03的制备研究 24.1°、33.1°、35.6°、40.8°、49.4°、54.0°、62.4°和 2.3.1FeCL,溶液中杂质离子含量对纳米Fe20,微观 63.9°的衍射峰对应于Fe,0,的(012)、(104)、(110)、 形貌和结构的影响 (113)、(024)、(116)、(214)和(300)晶面，说明所制 图6是以浸出液1、浸出液2和14mmol·L的纯 备的三种产物均是较纯净的F,0,.其中，产物Ⅲ的两 氯化铁溶液为原料制备得到的纳米F,O,的X射线衍 个主要特征峰分别对应(104)和(110)晶面的衍射峰， 射谱.从图中可以看出，样品的各个特征衍射峰与 它们的峰强比即Io1。<1,表明产物Ⅲ的择优生长 Fe,O,特征衍射峰的标准卡片相吻合，其中20为 方向为10]方向，这可能是由其自身生长习性所决孙泽辉等: 由铁鳞制备纳米氧化铁可见光光催化剂 图 4 铁鳞在盐酸溶液中反应不同时间的浸出率( 其他反应条 件: 盐酸浓度 3 mol·L － 1，液固比 150∶ 8 mL·g － 1，100 ℃回流) Fig． 4 Leaching efficiency of the mill scales in hydrochloric acid for different time ( other reaction conditions: concentration of hydrochloric acid 3 mol·L － 1 ; liquid-to-solid ratio 150 ∶ 8 mL·g － 1 ; refluxing at 100 ℃ ) 90∶ 8 mL·g － 1增加至 150∶ 8 mL·g － 1时，铁鳞的浸出率从 78. 8% 迅速增 大 到 92. 9% ，继续增大液固比至180∶ 8 mL·g － 1时，铁鳞浸出率约为 94. 6% ，增幅较小． 这说 明液固比控制在 150∶ 8 mL·g － 1时，盐酸与铁鳞相比过 量，已经达到溶解铁鳞所需要的量． 综合考虑成本和时间等因素，确定铁鳞在盐酸溶 液中的最佳浸出条件为: 液固比控制在 150∶ 8 mL·g － 1， 盐酸浓度 3 mol·L － 1，100 ℃ 下回流 2 h． 基于上述实验 图 5 铁鳞与不同体积的盐酸反应的浸出率( 其他反应条件: 盐 酸浓度 3 mol·L － 1，100 ℃回流 2 h) Fig． 5 Leaching efficiency of the mill scales reacting with different volumes of hydrochloric acid ( other reaction conditions: concentration of hydrochloric acid 3 mol·L － 1 ; refluxing at 100 ℃ for 2 h) 条件下制备的氯化铁溶液，进行全元素分析，结果如表 2 所示． 从表中可以看出，铁鳞的浸出液中主要是以铁 离子为主，其次是 Mn、Si 等，其余杂质离子含量极少． 当改变实验的液固比为 90∶ 8 mL·g － 1时，其余条件不变 的情况下，得到的铁鳞浸出液中铁离子和杂质离子的 浓度均增大，而钾离子的浓度减少． 以铁元素为基准，分别把液固比为 150∶ 8 mL·g － 1 和 90∶ 8 mL·g － 1时得到的浸出液稀释，使铁离子的浓度 控制在 14 mmol·L － 1，其余各个离子含量如表 3 所示． 表 2 浸出液的各元素含量 Table 2 Element contents of the leachate 液固比/ ( mL·g － 1 ) 浓度/( mol·mL － 1 ) TFe Si Al Ca Mn P Mo K Cr 150∶ 8 589. 3 2. 4 0. 5 0. 1 4. 2 0. 0006 0. 04 0. 1 0. 32 90∶ 8 807. 1 4. 32 0. 83 0. 3 5. 8 0. 025 0. 04 0. 043 0. 75 表 3 稀释后浸出液的各元素含量 Table 3 Element contents of the leachate after dilution 浸出液 浓度/( mmol·L － 1 ) TFe Si Al Ca Mn P Mo K Cr 浸出液 1 14. 0 0. 06 0. 01 0. 002 0. 1 0. 00001 0. 001 0. 0002 0. 004 浸出液 2 14. 0 0. 075 0. 014 0. 005 0. 1 0. 0004 0. 0008 0. 0007 0. 013 2. 3 纳米 Fe2O3 的制备研究 2. 3. 1 FeCl3 溶液中杂质离子含量对纳米 Fe2O3 微观 形貌和结构的影响 图 6 是以浸出液 1、浸出液 2 和 14 mmol·L － 1的纯 氯化铁溶液为原料制备得到的纳米 Fe2O3 的 X 射线衍 射谱． 从图中可以看出，样品的各个特征衍射峰与 Fe2O3 特征 衍 射 峰 的 标 准 卡 片 相 吻 合，其 中 2θ 为 24. 1°、33. 1°、35. 6°、40. 8°、49. 4°、54. 0°、62. 4° 和 63. 9°的衍射峰对应于 Fe2O3 的( 012) 、( 104) 、( 110) 、 ( 113) 、( 024) 、( 116) 、( 214) 和( 300) 晶面，说明所制 备的三种产物均是较纯净的 Fe2O3 ． 其中，产物Ⅲ的两 个主要特征峰分别对应( 104) 和( 110) 晶面的衍射峰， 它们的峰强比即 I104 /I110 ＜ 1，表明产物Ⅲ的择优生长 方向为［110］方向，这可能是由其自身生长习性所决 · 37 ·