摘要: 铁铝氧化物是红壤中最重要、最活跃的组分之一，它们与粘土矿物相互胶结后，可显著改变土壤的某些理化性质。本文通过合成不同晶形氧化铁单体及其与高岭石的复合物，探讨了在合成过程中复合比例、体系pH、老化时间等因素的影响，测定了它们某些表面化... 展开 铁铝氧化物是红壤中最重要、最活跃的组分之一，它们与粘土矿物相互胶结后，可显著改变土壤的某些理化性质。本文通过合成不同晶形氧化铁单体及其与高岭石的复合物，探讨了在合成过程中复合比例、体系pH、老化时间等因素的影响，测定了它们某些表面化学性质，为进一步揭示氧化铁与高岭石的胶结机理提供依据。取得的主要结果有： 1、X-射线衍射（XRD）图谱及扫描电镜（SEM）图像分析表明，纯化的高岭石及合成的针铁矿、赤铁矿、纤铁矿具有较好的特征衍射峰，没有其它杂峰，表明合成的产物纯度较高；水铁矿没有显示出任何特征衍射峰，符合非晶形氧化铁特点；氧化铁-高岭石复合物的特征衍射峰随着复合物中铁含量的增加，高岭石特征峰都相对减弱，而氧化铁特征峰均出现或增强，表明合成的复合体可能不同程度的被氧化铁所包被。 2、主要按两种方法来合成氧化铁与高岭石的复合物：（1）合成晶质氧化铁与高岭石复合物，其XRD图谱及SEM图像显示出高岭石表面有氧化铁颗粒，其含量（35.34％）也接近理论值，说明在高岭石表面可能形成氧化铁包被物；（2）从非晶质向晶质转化角度合成一系列中间复合物，由电子能谱（EDS）分析可知，非晶质氧化铁-高岭石复合物中铁含量较少，说明未形成氧化铁包被物或是包被量较少，可能是老化时间不够或温度太低所致。 3、在合成不同类型氧化铁-高岭石复合物中，pH、老化时间、老化温度、氧化铁含量等因素对复合物形成过程有较大影响。在低pH条件下，氧化铁表面带大量正电荷，易胶结在高岭石表面；随老化时间延长，非晶质水铁矿-高岭石复合物向晶质氧化铁-高岭石复合物转化，老化温度越高，非晶质氧化铁转化为晶质的速度越快，不易形成良好包被物，老化温度较低（不低于室温）时，老化时间越长，氧化铁易包被在高岭石表面，且包被量增加；复合物中随氧化铁含量增加，胶结量越多，包被效果相对较好。 4、由不同氧化铁与高岭石复合前后傅立叶红外（FT-IR）图谱分析可看出，主要变化集中在样品的Si-O和Fe-O键上。赤铁矿中Fe-O键的吸收峰由556、479cm<'-1>分别降为赤铁矿-高岭石复合物中的536、472cm<'-1>，高岭石中Si-O键的吸收峰由1045cm<'-1>降为复合物中的1006、1043cm<'-1>；纤铁矿中的Fe-O特征吸收峰由480cm<'-1>降为纤铁矿-高岭石复合物中的472cm<'-1>，高岭石中Si-O键吸收峰由1118cm<'-1>降为复合物中的1110cm<'-1>。以上数据表明Si-OH键可能与Fe-OH键形成了Fe-O-Si键，使得Fe-O键及Si-O键的吸收峰均向低波数方向移动。 5、合成的赤铁矿、纤铁矿、水铁矿、针铁矿的电荷零点（ZPC）分别为8.36、7.02、8.32、8.69，高岭石的ZPC是3.98；当不同比例氧化铁－高岭石复合物形成后，其ZPC在4.08-8.69之间，并随着复合物中氧化铁比例的增加而升高，随着老化时间的延长而呈上升趋势，可能是氧化铁在高岭石表面有包被，且氧化铁ZPC较高，而高岭石ZPC较低；对不同pH下的复合物，pH越高，其ZPC越低，这可能与pH高时，包被程度低有关。 6、氧化铁的CEC值都比较低（0.5-1.9cmol／kg），高岭石的CEC值为5cmol／kg，氧化铁－高岭石复合物的CEC为2.2-5.1cmol／kg，比氧化铁的高，且随着复合物中铁含量的增加而降低；随着老化时间的延长，水铁矿－高岭石复合物的CEC值呈下降趋势；不同pH氧化铁－高岭石复合物的CEC随pH升高而增加。 7、非晶形水铁矿的比表面积（SSA）最高（256.6m<'2>／g），其次为纤铁矿（155.9m<'2>／g）、赤铁矿（105.8m<'2>／g）、高岭石（20.8m<'2>／g）。氧化铁－高岭石复合物的SSA随着复合物中高岭石比例的增加逐渐下降，其中以水铁矿－高岭石复合物与纤铁矿-高岭石复合物的SSA下降最明显，赤铁矿－高岭石复合物的SSA下降后基本保持在一稳定值（73.2-85.7m<'2>／g）；复合物SSA值随老化时间延长而降低，随pH值降低而减小。 本文通过对氧化铁－高岭石复合物的表观特征分析，结合胶结前后的表面化学性质的变化，探讨了影响高岭石与氧化铁相互作用的因素。可进一步结合土壤中样品，对比分析与理论合成样品的差别，为鉴定包被的特征及机理提供基础。 收起