氢氧化铁催化有机磷水解的研究——以植酸为例

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磷是生命营养元素之一,也是水体生产力的关键性限制元素,对湖泊富营养化具有非常重要的影响。在多数水环境中,沉积物中的有机磷参与了磷的地球化学循环,是水生态系统中重要的磷源。由于研究方法和技术的局限性,沉积物有机磷的形态分布和迁移转化至今仍未清楚。铁氧化物是沉积物的重要组分,它不仅是氧化还原体系主要调控者,更因其表面性质,在物质地球化学过程中扮演了相当重要的角色。   本文以电化学方法为平台,研究了氢氧化铁对植酸水解的影响,通过对反应体系pH、温度、伴随离子等的调控,揭示氢氧化铁对植酸水解的催化机理。结果表明:   1.Fe(OH)3对植酸有很强的吸附作用,并且其吸附过程受到pH的影响。酸性条件比碱性条件更利于其对植酸的吸附。碱性过强,不仅对植酸的吸附量较小,而且吸附达到平衡所需的时间也较长。   2.Fe(OH)3的存在能够使植酸溶液中有机磷转化为无机磷,即明显提高植酸的水解效率。在作用明显期,通过对反应速率方程的拟合,发现其反应速率是与时间有关的函数,反应级数近似为0,即近似于零级反应,表现出与表面催化反应有类似的动力学过程。   3.Fe(OH)3对植酸水解的作用受到例如pH、温度和其它阳离子的影响。其中pH是影响植酸水解的最重要因素。当体系初始pH等于7.0时,Fe(OH)3对植酸水解作用明显,4h内其水解率可达27.7%:高温不利于Fe(OH)3对植酸水解的催化;Ca2+和Al3+可与植酸中的磷作用,会使Fe(OH)3对植酸水解的催化受到抑制,并且其与磷作用的强弱直接影响到植酸水解受抑制的程度,这一过程同样受到pH的影响。Ca2+可以使植酸水解的效率下降到4.5%(初始pH7.0),Al3+则会使植酸水解的效率下降到15.3%(初始pH7.0)。   4.Fe(OH)3对植酸水解的催化作用是伴随着在Fe(OH)3形态转变实现的。而这一催化作用又与Fe(OH)3自身的溶解和絮凝及其对植酸的吸附和络合作用密切相关。   5.利用实际水样实验表明,Fe(OH)3对水样中的可溶性有机磷水解同样具有催化效果,并且因水样含磷量的差异催化效果也有所不同。
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