水合氧化铁(III)的应用

背景及概述^[1][2]

铁氧化物，包括铁的氢氧化物，水合氧化物是一种天然矿物质和地质催化剂，在地壳中大量存在。由于铁的化学性质非常活泼，因此存在很多二级铁矿物，例如磁赤铁矿(γ-Fe2O3),  赤铁矿(α-Fe2O3 ),  纤铁矿(γ-FeOOH),  针铁矿(α-FeOOH), 水合氧化铁(III)(Fe₅HO₈·4H₂O)及磁铁矿(Fe₃O₄)等在水体系中作为一种悬浮物而大量存在。铁氧化物在水生态系统中，对于涉及有机化合物转化的各种化学和生物过程，都有着非常重要的作用。

水合氧化铁(III)是指自然界环境（土壤、水体沉积物等）中普遍存在的一种天然的纳米级氢氧化铁矿物，实验室也很容易合成。由于水合氧化铁(III)的尺寸小和晶化度低，因此很难对其进行表征。

水合氧化铁(III)的结构可用两种模型来描述，一种是由Drits等提出的标准模型PW；另一种是最近Michel等人提出的新模型PU。这两种模型的本质区别是：种模型是多相结构，而第二种模型是单相结构。按照标准模型，水合氧化铁(III)是一个多相的材料，包括３个组成部分即无缺陷的微晶（f-相）、有缺陷的微晶（d-相）、铁红巧晶。天然的水合氢氧化物存在多种同质多晶变体，这些不同形态的水合氢氧化物的晶体结构都是铁离子占据在氧八面体中。

理化性质及结构^[1]

水合氧化铁(III)(Fe2O3·nH2O)红棕色固体。两性化合物。密度3.4～3.9g/cm3。难溶于水、乙醇和乙醚。易溶于酸。微溶于强碱。用氨水和烧碱与氧化铁或硝酸铁作用可得胶状沉淀。再经分离去水，可得固体物质。胶状沉淀的水合氧化铁(III)有较强的吸附性能，可用作吸附剂及亚砷酸的解毒剂。固化水合氧化铁(III)可用作颜料和催化剂等。

水合氧化铁(III)是一种优良的吸附剂，对多种污染物质都有吸附作用。吸附机理主要是靠水合氧化铁(III)和被吸附的物质形成配位络合物或静电吸引作用进行吸附。pH、离子强度、有机物及其制备工艺都会影响水合氧化铁(III)的吸附性能。现在 60 ℃环境条件下制备水合氧化铁(III)并负载到颗粒活性炭上，吸附容量达到了 26 mg·g -1 。许建红提出了从制备工艺方法改进和降低水合氧化铁(III)的纳米粒径上来进一步提高水合氧化铁(III)的吸附性能。

应用^[3]

随着经济的快速发展，我国水环境受污染状况越来越严重，对水处理技术的发展有更新更高的要求。现在对于污染物采用较多的污染控制技术主要包括化学法、生物法、吸附法等，其中吸附法是一种简单高效而经济的一种方法，常在水处理中运用，如粉末活性炭、颗粒活性炭及砂粒作为滤料运用到工程当中。现在随着研究的深入，对新型吸附剂的开发研究很多，如对活性炭和沙粒等进行改性研究，其中就有在其表面接金属氧化物进行改性。

水合氧化铁(III)是金属氧化物中的一个热点，水合氧化铁(III)的研究起步很早，早在1994年就开始起步铁锰氧化物混凝剂对砷的吸附，本课题组在2000年提出的铁氧化物涂层砂对氟离子的研究，后来在国内外都展开水合氧化铁(III)的相关的研究，取得了一定的进展。

水合氧化铁(III)是一种优良的吸附剂，对多种污染物质都有吸附作用。现随着研究的深入，发现水合氧化铁(III)对更多的污染物具有吸附性能，扩展了水合氧化铁(III)的运用范围。制备工艺方法是影响水合氧化铁(III)的吸附性能最内在而且是最关键的因素，如水合氧化铁(III)的负载含量、负载温度对水合氧化铁(III)的吸附性能影响很大。

如若能在后续的研究中，对水合氧化铁(III)的制备工艺进一步去研究，减少水合氧化铁(III)的纳米粒径来提高水合氧化铁(III)的吸附性能，推广了水合氧化铁(III)的应用，这将对环境保护和污染防治产生很重要的意义。在水合氧化铁(III)运用到实际水处理时，要对实际运用的环境因素条件进行调节，如调节好用水合氧化铁(III)处理污染物的pH，排除离子强度和有机物的干扰等环境条件来提高其吸附性能。

主要参考资料

[1] 曹珊珊. 氧化铁纳米微粒的制备及应用研究[D]. 2016.

[2] 杨彩虹, 崔林静, 苏辉, & 刘辉. (2011). 镉离子在水合氧化铁/水界面的吸附特性研究. 全国环境化学学术大会.

[3] 许建红, 高乃云, 唐玉霖, & 黎雷. (2011). 浅析水合氧化铁的研究进展. 水处理技术, 37(8), 22-25.