.602. 工程科学学报，第41卷，第5期 制备软磁性材料多元素共掺杂型MgFe,O4,但未涉 1实验部分 及制备过程中物相的调控以及相关Fenton催化性 能的探讨 1.1实验原料及试剂 本文以腐泥土型红土镍矿为原材料，通过盐酸 本课题使用的红土镍矿来源于北京矿冶研究院， 常压浸出提取多种金属元素，采用水热-煅烧法制 通过X射线荧光光谱分析(XRF)测定原矿主要成分 备多金属共参杂型MgFe,O,并作为异相类Fenton 如表1所示.从表中可以看出，红土镍矿主要成分为 试剂降解有机染料罗丹明B(RhB).着重讨论煅烧 Si、Fe、Mg、Ni和Al,另外还有少量的Mn和Cr,具有 温度对共掺杂型MgFe,O,生成规律和所制备的 Mg高Fe低的特点，是比较典型的腐泥土型红土镍矿 MgFe,O,作为异相类Fenton试剂对RhB(10mg· 主要物相为利蛇纹石(Mg,Al)3(i,Fe)20,(OH):), L)降解效果的影响.此外，还测试了催化剂的可 针铁矿(Fe0(OH)),镍蛇纹石(NiSi,0,(OH)4), 重复利用性. 石英(SiO2)以及赤铁矿(Fe203). 表1X射线荧光光谱分析测定红土镍矿化学成分（质量分数） Table 1 Chemical compositions of saprolite laterite analyzed by XRF Co Mn Mg Fe Ti Si Zn 2.60 0.06 0.42 9.68 19.17 0.64 2.63 0.05 0.18 21.36 0.02 实验试剂：盐酸（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、 液，直到其pH值为12.0得到共沉淀产物(P).继 异丙醇（分析纯）、乙醇（分析纯）、罗丹明B(分析 续搅拌15min后，将混合物移至聚四氟乙烯反应釜 纯)、过氧化氢（质量分数30%，分析纯）和去离 中，于恒温干燥箱中160℃条件下反应6h.冷却至 子水. 室温后，进行液固分离，产物经去离子水和无水乙醇 1.2实验方法和步骤 洗涤数次直到洗涤液pH接近中性，在60℃条件下 1.2.1红土镍矿浸出和共掺杂型MgFe,0,的合成 干燥8h得到水热产物(H).研磨后在马弗炉中经 在酸浸过程中，将20g红土镍矿加入到500mL 过不同温度(300、500、700和1000℃)煅烧2h,得到 容量的圆底烧瓶中，然后加入180mL2.75mol·L-1 多金属共掺杂型MgFe,04催化剂粉末(H-C300、 HCI溶液.将烧瓶放入电热套上加热，保持沸腾 H-C500、H-C700和H-C1000) 30min后关闭电源.在浸出过程中，在圆底烧瓶上安 1.2.2催化反应实验 装蛇形冷凝回流管避免液体蒸发.待圆底烧瓶冷却 在催化反应实验中，将200mL的RhB(10mg· 至室温后，经抽滤固液分离，并用适量去离子水清洗 L-1)溶液倒入250mL的磨口玻璃瓶中，用0.5mol. 残渣，然后将浸出液定容至250mL.通过电感耦合 L-的盐酸和0.5molL-1NaOH溶液调整溶液初始 等离子原子发射光谱仪(ICP-OES)测定浸出液中 pH.随后，将磨口玻璃瓶放入恒温水浴锅中控制反 主要金属元素含量及浸出率，如表2所示 应温度为45℃，然后，将一定数量的共掺杂型 表2ICP-OES测定红土镍矿浸出液中主要金属元素含量及浸出率 MgFe,0,催化剂(<75um,通过200目筛)加入罗丹 Table 2 Chemical analysis and leaching efficiency of leaching solution 明B(RhB)溶液中，并搅拌(500r·min-l)30min使 by ICP-OES 吸附-脱附达到平衡，之后立即加入一定比例H202, 元素 质量浓度/(gL1) 浸出率/% 开始催化反应.需要强调的是，将磨口瓶放入水浴 Ni 1.79 86.25 锅之前，先用橡胶塞将磨口瓶塞住，橡胶塞中部带有 Co 0.05 95.83 适当的圆孔使电动搅拌桨通过从而避免反应过程中 Mn 0.31 93.15 溶液蒸发.每隔30min取5mL溶液立刻与异丙醇 Mg 6.47 83.54 混合（体积比为1：1），经离心(5000rmin-1,3min) Fe 13.49 87.98 后取上清液利用紫外-可见分光光度计(TU-1901) Al 0.82 38.74 测定hB溶液吸收光谱，通过公式(1)计算RB溶 采用水热法合成多金属共掺杂型MgFe,O,过 液降解率。 程中，首先将40mL浸出液加入到100mL烧杯中， 7=(A。-A,)/A×100% (1) 在强磁搅拌条件下，逐滴加入5molL-1的NaOH溶 式中，？为降解率，A,为初始RhB溶液在554nm处工程科学学报,第 41 卷,第 5 期 制备软磁性材料多元素共掺杂型 MgFe2O4 ,但未涉 及制备过程中物相的调控以及相关 Fenton 催化性 能的探讨. 本文以腐泥土型红土镍矿为原材料,通过盐酸 常压浸出提取多种金属元素,采用水热鄄鄄 煅烧法制 备多金属共掺杂型 MgFe2O4 并作为异相类 Fenton 试剂降解有机染料罗丹明 B(RhB). 着重讨论煅烧 温度对共掺杂型 MgFe2O4 生成规律和所制备的 MgFe2O4作为异相类 Fenton 试 剂 对 RhB (10 mg· L - 1 )降解效果的影响. 此外,还测试了催化剂的可 重复利用性. 1 实验部分 1郾 1 实验原料及试剂 本课题使用的红土镍矿来源于北京矿冶研究院, 通过 X 射线荧光光谱分析(XRF)测定原矿主要成分 如表 1 所示. 从表中可以看出,红土镍矿主要成分为 Si、Fe、Mg、Ni 和 Al,另外还有少量的 Mn 和 Cr,具有 Mg 高 Fe 低的特点,是比较典型的腐泥土型红土镍矿. 主要物相为利蛇纹石((Mg,Al)3 (Si,Fe)2O5 (OH)4 ), 针铁矿( FeO(OH)),镍蛇纹石(Ni 3 Si 2O5 (OH)4 ), 石英(SiO2 )以及赤铁矿(Fe2O3 ). 表 1 X 射线荧光光谱分析测定红土镍矿化学成分(质量分数) Table 1 Chemical compositions of saprolite laterite analyzed by XRF % Ni Co Mn Mg Fe Cr Al Ti Ca Si Zn 2郾 60 0郾 06 0郾 42 9郾 68 19郾 17 0郾 64 2郾 63 0郾 05 0郾 18 21郾 36 0郾 02 实验试剂:盐酸(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、 异丙醇(分析纯)、乙醇(分析纯)、罗丹明 B(分析 纯)、过氧化氢 ( 质量分数 30% , 分析纯) 和去离 子水. 1郾 2 实验方法和步骤 1郾 2郾 1 红土镍矿浸出和共掺杂型 MgFe2O4 的合成 在酸浸过程中,将 20 g 红土镍矿加入到 500 mL 容量的圆底烧瓶中,然后加入 180 mL 2郾 75 mol·L - 1 HCl 溶液. 将烧瓶放入电热套上加热,保持沸腾 30 min后关闭电源. 在浸出过程中,在圆底烧瓶上安 装蛇形冷凝回流管避免液体蒸发. 待圆底烧瓶冷却 至室温后,经抽滤固液分离,并用适量去离子水清洗 残渣,然后将浸出液定容至 250 mL. 通过电感耦合 等离子原子发射光谱仪( ICP鄄鄄 OES) 测定浸出液中 主要金属元素含量及浸出率,如表 2 所示. 表 2 ICP鄄鄄OES 测定红土镍矿浸出液中主要金属元素含量及浸出率 Table 2 Chemical analysis and leaching efficiency of leaching solution by ICP鄄鄄OES 元素 质量浓度/ (g·L - 1 ) 浸出率/ % Ni 1郾 79 86郾 25 Co 0郾 05 95郾 83 Mn 0郾 31 93郾 15 Mg 6郾 47 83郾 54 Fe 13郾 49 87郾 98 Al 0郾 82 38郾 74 采用水热法合成多金属共掺杂型 MgFe2O4 过 程中,首先将 40 mL 浸出液加入到 100 mL 烧杯中, 在强磁搅拌条件下,逐滴加入 5 mol·L - 1的 NaOH 溶 液,直到其 pH 值为 12郾 0 得到共沉淀产物( P). 继 续搅拌 15 min 后,将混合物移至聚四氟乙烯反应釜 中,于恒温干燥箱中 160 益 条件下反应 6 h. 冷却至 室温后,进行液固分离,产物经去离子水和无水乙醇 洗涤数次直到洗涤液 pH 接近中性,在 60 益 条件下 干燥 8 h 得到水热产物(H). 研磨后在马弗炉中经 过不同温度(300、500、700 和 1000 益 )煅烧 2 h,得到 多金属共掺杂型 MgFe2O4 催化剂粉末( H鄄鄄 C300、 H鄄鄄C500、H鄄鄄C700 和 H鄄鄄C1000). 1郾 2郾 2 催化反应实验 在催化反应实验中,将 200 mL 的 RhB(10 mg· L - 1 )溶液倒入 250 mL 的磨口玻璃瓶中,用 0郾 5 mol· L - 1的盐酸和 0郾 5 mol·L - 1 NaOH 溶液调整溶液初始 pH. 随后,将磨口玻璃瓶放入恒温水浴锅中控制反 应温度 为 45 益 , 然 后, 将 一 定 数 量 的 共 掺 杂 型 MgFe2O4催化剂( < 75 滋m,通过 200 目筛)加入罗丹 明 B(RhB)溶液中,并搅拌(500 r·min - 1 )30 min 使 吸附鄄鄄脱附达到平衡,之后立即加入一定比例 H2O2 , 开始催化反应. 需要强调的是,将磨口瓶放入水浴 锅之前,先用橡胶塞将磨口瓶塞住,橡胶塞中部带有 适当的圆孔使电动搅拌桨通过从而避免反应过程中 溶液蒸发. 每隔 30 min 取 5 mL 溶液立刻与异丙醇 混合(体积比为 1颐 1),经离心(5000 r·min - 1 ,3 min) 后取上清液利用紫外鄄鄄 可见分光光度计( TU鄄1901) 测定 RhB 溶液吸收光谱,通过公式(1)计算 RhB 溶 液降解率. 浊 = (A0 - At) / A0 伊 100% (1) 式中,浊 为降解率,A0为初始 RhB 溶液在 554 nm 处 ·602·