煅烧黄铁矿结构演化及其净化水中硝酸盐、磷的作用和机理

发展水深度脱氮除磷技术是我国保障饮用水安全，实现废水资源化、消除水体富营养化的迫切科技需求。寻求高效脱氮除磷矿物材料是解决这一问题的重要途径。申请者初步实验发现，黄铁矿热处理形成的磁黄铁矿具有较强的同步脱氮除磷作用，这一发现对寻找廉价的同步脱氮除磷矿物材料具有重要的意义。本项目拟通过各种技术手段表征保护气氛下煅烧黄铁矿的相转变过程、微结构特征、成分变化规律、表面性质、磁学特性，探索黄铁矿热分解制备磁黄铁矿纳米结构材料的新方法；着重研究煅烧黄铁矿去除水中低浓度硝酸盐、磷的界面作用过程、机理及其影响因素，揭示煅烧黄铁矿与水界面作用过程中微量元素的释放行为，建立黄铁矿煅烧条件参数与产物结构、净化有害物质性能的内在联系，获得制备高比表面积、高表面化学活性的脱氮除磷材料的方法。研究成果对黄铁矿加工和新材料应用、劣质地下水处理、废水深度处理资源化等技术研究，以及环境矿物学和纳米矿物学发展具有重要意义。

系统开展了不同条件下煅烧黄铁矿产物去除水中低浓度磷酸盐效率，检查了煅烧黄铁矿去除水中低浓度磷酸盐过程中表面次生膜层物相、微结构、成分、形成速率及其化学清除方法，结合XRD、TEM、MS、IR、SSA-BET、XPS等手段对煅烧黄铁矿除磷作用前后样品系统的表征，初步查明了煅烧黄铁矿除磷作用过程和机制。结果表明：（1）在氮气气氛下500℃-600℃黄铁矿开始脱硫相变为单斜磁黄铁矿，随着温度升高进一步脱硫转变为六方磁黄铁矿，其中的砷含量随煅烧温度升高逐步降低，大约在800转变为无砷六方磁黄铁矿；（2）在黄铁矿相变分解过程中发生多晶化形成具有亚微米粒径的多孔结构产物；（3）500℃-600℃煅烧黄铁矿产物单斜磁黄铁矿具有最高除磷化学活性；（4）煅烧黄铁矿除磷作用机理是煅烧产物磁黄铁矿受到水中溶解氧的化学氧化水产生铁氢氧化物，新生铁氢氧化物对水中磷具有很强的吸附作用，煅烧黄铁矿除磷作用过程是磁黄铁矿在水中氧化逐步向铁氢氧化物转变的过程；（5）由于保护气氛下煅烧黄铁矿改变了物相晶体结构和材料结构，大幅度提高了反应化学，在很多领域具有巨大的应用前景，例如从废水中去除和回收重金属，本项目以铜离子为重金属离子的典型代表研究了煅烧黄铁矿去除重金属离子的作用和机制。本项目发表期刊论文12篇，录用待刊论文3篇，会议论文6篇，其中SCI刊源论文7篇，EI刊源论文3篇。申请发明专利7项，已授权发明专利2项。