Page 164 - 《精细化工》2023年第1期

·156· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

2d 可知，反应后的铸铁屑表面被大量不规则沉积物
及晶体颗粒覆盖，多数缝隙被堵塞，阻碍了传质效
率，降低了反应速率。由表 1 可知，反应前的铸铁
屑表面元素含量从高到低依次为 Fe、C、O、Si、N、
S、Mn、Al、Ca，反应后的铸铁屑表面元素含量从
高到低依次为 Fe、O、Mn、C、N、Si、S、Ca、Al。
反应后的铸铁屑表面 Fe 元素减少，这是由于 Fe 在
反应中被消耗和转移，生成的铁氧化物和铁氢氧化
物絮凝体被沉淀去除，如式(1)~(3)所示 [17] ；反应后
的 O 元素含量增加，这是由于 O 和 Fe、Mn 等金属
反应生成了金属氧化物；Mn 元素含量增加是因为生
成的锰氧化物附着在铸铁屑表面 [18] 。
+
[Fe H O ] +H O( 2 ) 3+ 2  [Fe H O (OH)]( 2 ) 5 2+ +H O （1）
3

+
2+
[Fe(H O) (OH)] +H O [Fe(H O) (OH) ] +H O （2）
2
3
2
4
2
2
5
2+
[Fe(H O) (OH)] +H O [Fe(H O) (OH) ] 4 （3）
2
2
2
2
6
8
由图 2e 及表 1 可知，反应前的金属锰表面光滑，
元素含量从高到低分别为 Mn、O、C、N、Fe、Si、
S、Al、Ca；由图 2f 及表 1 可知，反应后的金属锰

表面出现大量锰铁氧化物絮体，元素含量从高到
图 2 反应前后 Fe、Mn、C 的 SEM-EDS 图 低分别为 Mn、C、O、Fe、N、Si、Al、Ca、S。
Fig. 2 SEM-EDS images of Fe, Mn and C before and after 反应后的 Mn 含量降低，O 元素含量增加，这是由
reaction
于反应过程中 Mn 的消耗与转移，生成的锰氧化
由图 2c 可知，反应前的铸铁屑表面洁净，存在 物部分附着到活性炭和铸铁屑表面，或随沉淀物
大量缝隙，凸起较多，这能够扩大 Fe 与 Mn、活性 被去除；Fe 元素含量增加是由于生成的铁氧化物
炭及污染物的接触面积，增加反应活性位点；由图 附着在金属锰表面所致。

表 1 反应前后固体表面的元素分析
Table 1 Elements analysis of solid surface before and after reaction
反应前 反应后
元素 质量分数/% 摩尔分数/% 质量分数/% 摩尔分数/%
活性炭 铸铁屑 金属锰 活性炭 铸铁屑 金属锰 活性炭 铸铁屑 金属锰 活性炭 铸铁屑 金属锰
C 50.55 20.27 5.46 60.21 47.57 17.33 42.79 7.46 30.96 60.93 19.26 52.49
N 13.03 2.13 1.99 13.31 4.28 5.41 9.21 2.95 4.49 11.25 6.54 6.53
O 23.88 5.95 7.15 21.35 10.48 17.05 16.15 16.61 17.77 17.26 32.21 22.61
Al 1.95 0.10 0.26 1.04 0.11 0.36 0.22 0.11 0.68 0.14 0.12 0.52
Si 4.54 2.37 0.76 2.31 2.38 1.03 1.34 1.92 1.90 0.82 2.12 1.38
S 0.59 0.64 0.38 0.27 0.56 0.46 0.64 0.31 0.31 0.34 0.30 0.19
Ca 1.10 0.09 0.12 0.39 0.07 0.11 0.42 0.23 0.53 0.18 0.18 0.27
Mn – 0.62 82.46 – 0.32 57.27 24.46 16.30 34.57 7.62 9.20 12.81
Fe 4.36 67.82 1.43 1.12 34.23 0.98 4.76 54.13 8.80 1.46 30.07 3.21

–1
2.1.2 红外光谱和拉曼光谱分析 知，211 和 271 cm 处可归属为 Fe 2 O 3 或其他含 Fe
Fe/Mn/C 微电解填料反应前后的红外光谱如图 —O 键化合物的伸缩振动峰 [23-26] ，这与红外光谱相
3 所示。由图 3a 可知，反应后的铸铁屑在 3390 cm –1 吻合，说明反应后的铸铁屑表面有铁氢氧化物或铁
左右的吸收峰较反应前宽度增加，并向低波数方向 氧化物生成。由图 3b 可知，反应后的金属锰在
偏移，为 Fe—OH 和水分子—OH 的伸缩振动峰 [19] ， 3400 cm –1 处出现水分子的—OH 伸缩振动峰；在
–1
–1
496 cm 处为 Fe—O 的特征峰 [20-22] 。Fe/Mn/C 微电 502、611 cm 处出现 Mn—O 的伸缩振动峰 [27-29] ，
–1
解填料反应前后的拉曼光谱如图 4 所示。由图 4a 可 这与拉曼光谱（图 4b）中 307、361 和 653 cm 处