[发明专利]一种黑色砷酸铁晶体及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶体合成技术领域，更具体涉及一种黑色砷酸铁晶体及其合成方法。

背景技术

近年来，砷作为常见的环境污染物受到了广泛关注。在除砷工艺中，铁盐法较硫化法和石灰中和法更具优势，这表现在1)针对高浓度含砷废水可以通过共沉淀形成砷酸铁化合物除砷；2)针对低浓度含砷废水可以利用铁的氧化物及氢氧化物进行吸附除砷。因此，砷酸铁化合物是含砷废水处理中常见的废渣。除了无定型相，砷酸铁还包括结晶水含量不同的多种晶体，如FeAsO₄·0.75H₂O(Ferric orthoarsenate or ferric arsenate sub-hydrate)、FeAsO₄·2H₂O(Scorodite and parascorodite)、FeAsO₄·3.5H₂O(Kaňkite)等。臭葱石FeAsO₄·2H₂O由于稳定性高、含砷量高(～32％)、易于液固分离、含水低等优点被公认是目前最佳的固砷矿物。臭葱石是一种斜方晶系晶体，研究者提出了两种不同的微观结构模型，即双齿双核结构和双齿单核模型[Geochimica et Cosmochimica Acta,2008,72:2649-2672.&Geochimica et Cosmochimica Acta,2010,74:4597-4602.]。但热力学研究发现FeAsO₄·2H₂O是亚稳态物质，可以由FeAsO₄转化得到，也可以进一步转化为FeAsO₄·3.5H₂O。FeAsO₄·3.5H₂O比FeAsO₄·2H₂O更稳定，但FeAsO₄·3.5H₂O的微观结构尚不明确，推测其具有与Fe₂(SO₄)(AsO₄)(OH)·9H₂O(Bukovskyite)类似的链状结构[Hydrometallurgy 117–118(2012)47–56]。最近，研究者认为FeAsO₄·0.75H₂O也具有比臭葱石更低的溶解度[Hydrometallurgy 164(2016)136–140.]。砷酸铁化合物的合成及结构研究有利于探索含砷废水的新型处理技术，以及改善现有砷酸铁渣的长期稳定性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高As的去除率，而提供一种黑色砷酸铁晶体及其合成方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种黑色砷酸铁晶体，该黑色砷酸铁晶体为微米级花瓣状颗粒，颗粒尺寸为10～20μm，外观特征为黑色粉末；其化学式为Fe₆(AsO₄)₅；其衍射峰为2θ＝～13.9，16.0，21.2，24.9，25.2，27.8，28.4，29.1，30.5，32.3，34，34.2。

本发明还提供了所述黑色砷酸铁晶体的合成方法，该合成方法包括如下步骤：

步骤一：采用硝酸铁、砷酸钠、硝酸和去离子水配置合成溶液，其中Fe/As的摩尔比为1.0～2.0，As浓度为0.02～0.21mol/L，硝酸浓度为0.26～2.6mol/L；

步骤二：将醇与步骤一得到的合成溶液按体积比例混合得到混合溶液，其中醇的体积控制在10％～50％，得到混合溶液；

步骤三：将步骤二得到的混合溶液按填充量50～80％装入高压反应釜，密封后加热进行反应，反应温度为160～200℃，反应时间为8～24小时；

步骤四：反应完成后自然冷却至室温，打开反应釜将其中的固、液产物转入离心管以转速4000～6000rpm离心10～20min，上清液用于分析残余Fe、As浓度，固体用乙醇和水各冲洗3～4遍并于35～45℃真空条件下烘干，即得。

优选地，在步骤一中，所述的Fe/As的摩尔比为1.5，As浓度为0.21mol/L，硝酸浓度为2.6mol/L。

优选地，在步骤二中，所述的醇包括甲醇、乙醇、异丙醇或叔丁醇。