铁是第三个最大的土壤中金属元素。土壤中的铁含量可能不同一至几百克每千克取决于父母的类型材料。有16个铁氧化物、氢氧化物氧化和氢氧化物迄今为止已知的环境中。在这些铁氧化物、铁₂O₃( α和 γ形式)、铁₃O₄和FeOOH ( α和 γ形式)感兴趣的和最具吸引力的关注由于其分布在土壤和行业。赤铁矿, α菲₂O₃,是最古老的氧化铁和土壤和岩石中普遍存在。赤铁矿层由八面体FeO说₆由边缘相连,face-sharing和垂直于不利 c方向。磁铁、铁₃O₄,是一种尖晶石结构组。这种类型的铁氧化物与其他铁氧化物的不同之处在于,它含有二价铁和三价铁。其公式写成Y (XY) O₄X =铁(II), Y =铁(III),括号表示八面体的网站。的结构由八面体和四面体和八面体混合层堆叠(1,1,1)方向。针铁矿, α-FeOOH,由HCP数组O²⁻噢,⁻沿(1,0,0)堆叠方向与铁(III)离子占据一半的八面体间隙在一层。它是最常见的土壤中氧化铁由于其热力学稳定性高。纤铁矿, γ-FeOOH,层状化合物。数组的结构由CCP阴离子(O²⁻/哦⁻)堆放在(0 5 1)方向与铁(III)离子占据八面体间隙。像针铁矿、纤铁矿由双链铁(O,哦)₆八面体平行运行 c设在。

在土壤科学、铁物种通常可以分为几组,包括有机边界铁、无定形铁、铁、自由和总铁。自由铁被定义为铁涂层/吸附表面的土壤,但不包括晶格结构的土壤。基本的土壤分析,免费铁是主要分析项目,因为它是理解土壤的起源的一个重要指标,土壤分类和土壤分布行为( 1, 2]。例如,非晶态铁和自由铁的比值是一个重要的指标来区分土层的风化程度。黛比是最早使用亚硫酸氢钠测量自由(土壤中氧化铁的含量 3]。最近,一系列的修改程序了,报道在过去的十年里 4- - - - - - 8]。在报道提取过程中,柠檬酸碳酸氢盐亚硫酸氢(CBD)方法被认为是最常用的测定过程总自由铁氧化物在土壤或沉积物的 9]。此外,赤铁矿、针铁矿、纤铁矿、水铁矿,非结晶的铁以及organic-complexed铁可以索求CBD的过程。不幸的是,高钠盐含量在CBD提取不仅会导致严重的遗留效应还会堵塞燃烧器头部在原子吸收光谱法(AAS)的分析。愿望去离子水或稀酸样品之间的长时间因此需要准确的分析。为了克服这些缺点,另一种分析方法开发和评估总自由铁含量的测定土壤的研究。另一方面,一系列的铁氧化物和H之间的反应₂年代是实验进行高温之间的高反应活性,结果表明,铁氧化物和H₂年代在我们之前的文献[ 10- - - - - - 12]。因此,本研究的主要目的是确定的总自由铁化学吸收作用方法内容基于热力学知识。此外,一系列的实验因素也考虑和测试,以找出最优的结果。

两个截然不同的吸附机制的讨论是物理吸附(物理吸附)和化学吸收作用(化学吸附)。物理吸附,也被称为范德华力,涉及气体分子之间弱键和固体。化学吸收作用是吸附的分类特点是一个强大的表面吸附物和基质之间的相互作用,而不是物理吸附的特点是一个弱的范德华力。两者的区别是很困难的,这是传统接受大约是0.5 eV每个原子或分子的结合能。强相互作用的类型包括离子或共价化学键的变化,取决于所涉及的物种。与物理吸附机理、化学吸收作用的另一个特色是,只有一个单分子层吸附介质上的吸附物出现。这种效果是由于极短距离的价部队吸附剂的吸附物是有效的。基于化学吸收作用机制,提出了完全免费的铁氧化物被认为与H反应₂年代和固相产品硫化亚铁。假设反应免费铁氧化物和H₂描述如下: (1) F e 2 O 3 + 2 H 2 年代 + C O ⟶ 2 F e 年代 + 2 H 2 O + C O 2 (2) F e 3 O 4 + 3 H 2 年代 + C O ⟶ 3 F e 年代 + 3 H 2 O + C O 2 (3) F e 2 O 3 + 2 H 2 年代 + H 2 ⟶ 2 F e 年代 + 3 H 2 O (4) F e 3 O 4 + 3 H 2 年代 + H 2 ⟶ 3 F e 年代 + 4 H 2 O 实验进行前,热力学计算模拟上述反应。图 2说明了平衡常数作为温度的函数对铁氧化物的反应和H₂在公司和H的存在₂。请注意,铁的反应的平衡常数₃O₄和H₂比铁更有利₂O₃和H₂年代,这意味着菲斯的形成从铁很容易实现₃O₄在公司的存在和H₂。另一方面,平衡常数较高的公司的存在,而较低的平衡常数可以观察到在H₂。在此基础上观察,预计公司可能是一个更好的气态试剂促进菲斯的形成和一个更好的估计总自由铁将这一研究获得的。

是非常重要的发现最优操作温度对化学吸收作用,因为它是管理的关键反应的整体性能之间自由铁氧化物和H₂在这个系统。一般来说,低温度不能达到所需的性能,而高温会导致实验设备成本的增加。如表所示 1,Loupi系列内容的CBD-Fe最高代表样本。因此,Loupi系列被选为候选人筛选最优操作温度。一系列的温度从673到973 K和H的50%₂和1% H₂年代进行,实验结果见表 2。突破时间增加,操作温度和最佳操作温度被发现在723 - 823 K的温度范围。此外,注意低温和高温不是最好的操作温度在这个研究。低温反应不能提供足够的能量( 1)和( 2)。另一方面,在高温下,铁氧化物很容易减少FeO说在强还原气氛。FeO说导致较弱的键的形成与H₂年代相比菲斯菲₂O₃。为了确认后硫反应的存在,反应土壤样本评估通过一个EA分析仪。实验结果表明,硫内容决定从突破时间在不同的温度下由EA接近这些分析,这表明优秀的硫回收所有操作温度。颜色的变化Loupi前后土样化学吸收作用是显示在图 3。化学吸收作用后,土壤的颜色立刻变成了黑色的。这意味着铁氧化物的反应机制和H₂基于反应( 1)和( 2)。表 3显示操作温度对硫的影响能力和估计总自由铁氧化物Loupi土样的CO和H₂美国公司和H也观察到类似的结果₂。最佳工作温度似乎在723 - 823 K的温度范围。低或高温度没有达到最优的性能。估计的总自由铁氧化物相比,来自H的存在₂公司,它可以发现最好的最高工作温度控制在773 K,估计总自由铁氧化物。估计的总自由铁氧化物铁氧化物非常接近CBD-extracted总有空的情况下出现在773 K。得出的操作温度773 K和有限公司是本研究的最佳操作条件。因此,6个土壤样本被疏散,以确定他们的总自由铁氧化物在773 K公司的存在和H₂,分别。如表所示 4和 5的硫平衡各种土壤样本中发现的88 - 102%范围的实验条件下50% H₂和1% H₂年代和更好的硫平衡(94 - 103%)可以观察到有限公司50%和1%的H₂美国估计的总自由铁氧化物是低于从CBD的实验方法获得50%的H₂和1% H₂s .另一方面,估计总自由铁氧化物的实验确定有限公司50%和1%的H₂S是接近CBD的土壤样品进行测试。估计总Taikon自由铁氧化物,Kuiren, Wukuiliao,和Houli几乎是对应于CBD方法,这意味着化学吸收作用是一个潜在的技术来确定总自由铁氧化物在土壤和有限公司是最佳的候选人取得更好的实验结果在这个研究。

图 4显示之间的回归关系CBD-Fe内容和估计的总自由铁六个土壤样本有限的实验条件下和H₂。这两种气体具有很好的关系 R 2 值分别为0.999和0.986,这表明他们是一个合适的试剂来确定总自由铁的土壤。

一个氢₂年代基于热力学知识提出了化学吸收作用方法测量土壤的总自由铁氧化物。几个具有代表性的土壤样本收集来自台湾和可行性评估测量的总自由铁氧化物。实验结果表明,最佳工作温度被发现在所有土壤样品773 K。也发现一氧化碳(CO)是最好的气态试剂促进菲斯的形成。估计总土壤样品免费铁氧化物的化学吸收作用的公司从CBD技术非常接近。