【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境地球科学，具体涉及一种亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法。
技术介绍
1、土壤和沉积物中通常含有丰富的铁氧化物，深刻影响着污染物的迁移转化。受自然环境温度、氧化还原条件以及杂质离子等因素的影响，铁氧化物结晶度较差，普遍存在空位缺陷结构，且缺陷的存在会极大程度影响矿物界面的氧化还原、吸附、电子转移、矿物微生物转化等反应过程。
2、目前常见的表征手段主要有两类：透射电子显微镜(tem)和光谱学表征。tem的分辨率一般都在纳米级别，可以观察到原子结构，一般通过对表面晶格图像进行滤波处理后可以观察到原子像，所以通过高分辨tem图像可以看到缺陷。光谱学表征主要包括拉曼，荧光光谱和电子顺磁共振光谱等，例如利用拉曼光谱识别石墨烯时，石墨烯中的缺陷使拉曼光谱中出现两个新的振动模式，即d峰(1350cm-1)和d’峰(1620cm-1)。对于荧光光谱法，缺陷可以使二维材料中产生荧光峰，根据荧光峰出现的位置可以分析缺陷。
3、这些表征技术存在的最大问题在于：光谱信号的强弱并不能直接反映其空位缺陷数目的绝对含量，其本质上还是定性和半定量分析手段；一旦文献间实验条件不同，同一体系下的实验结果可能会存在明显的差异，这就可能会导致对氧化铁表面性质的认识出现偏差。而实现缺陷定量，聚焦铁矿物空位缺陷特性和数量系统变化这一关键因素，将常规分析手段和热力学技术相结合，揭示铁矿物亚结构对其反应活性影响的微观机制，明确回答铁矿物结构与其性质对应关系这一科学问题具有重要意义。
4、因此，申请人考虑提供一种定量计
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，具有原位测量和成本低等优点，弥补在测量活性纳米氧化物颗粒中缺陷结构定量计算中的空白。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，包括以下步骤：
4、1)在含kcl的缓冲溶液中加入不同浓度的fecl2溶液，获得不同浓度的混合溶液；
5、2)取所述不同浓度的混合溶液，分别添加亚稳态铁氧化物，充分混匀后，向反应体系中分别加入介导物质进行反应，反应结束后，过滤，获得多个二元非均相体系；分别测定所述二元非均相体系的浓度；所述多个为至少四个；
6、3)分别测定所述二元非均相体系的氧化还原电位；
7、4)对所述二元非均相体系的浓度值及其对应氧化还原电位值eh进行拟合，通过拟合后的函数和热力学反应方程式获取空位缺陷浓度。
8、优选地，所述测定方法中，整个测定过程在室温下进行，且所述测定过程所在环境为厌氧环境，氧气含量<5ppm；所述测定方法中，通过ph调节剂使整个测定过程中的ph值保持不变，所述ph值为5.0～8.0。
9、优选地，所述ph值为6.0。
10、优选地，所述步骤1)中，缓冲溶液的缓冲物质为二乙基哌嗪、吗啉乙磺酸一水合物、3-吗啉丙磺酸中任意一种；所述ph调节剂为koh和/或hcl。
11、优选地，所述步骤1)的混合溶液中，浓度范围为0.1mmol·l-1～10mmol·l-1，缓冲溶液的浓度为20～50mm，kcl的浓度为20～30mmol·l-1。
12、优选地，所述步骤1)的混合溶液中，kcl的浓度为25mmol·l-1。
13、优选地，所述步骤2)中，亚稳态铁氧化物添加到混合溶液之后，混合溶液中亚稳态铁氧化物的浓度为1g/l。
14、优选地，所述步骤2)中，亚稳态铁氧化物为赤铁矿、纤铁矿、水铁矿、磁铁矿中的任意一种或多种；介导物质为氰甲基紫罗碱、氯化六氨合钌、乙基紫精和敌草快中的任意一种；所述介导物质在反应体系中的浓度为10～20μmol·l-1。
15、优选地，所述步骤3)中，氧化还原电位采用电位滴定仪结合铂环氧化还原复合电极进行测定，包括以下步骤：
16、3.1)电极预处理：将所述铂环氧化还原复合电极先后在hcl、kcl溶液中浸泡处理；
17、3.2)氧化还原电位测定：将经预处理的所述铂环氧化还原复合电极插入所述二元非均相体系中，在磁力搅拌条件下，采用电位滴定仪连续测定电位，记录平衡后的氧化还原电位值eh。
18、优选地，所述步骤4)中，拟合后的函数为y＝a+bx，y为eh，x为当所述亚稳态铁氧化物结构内含有氧空位时，所述热力学反应方程式为：
19、
20、所述氧空位浓度由下式计算获得：
21、
22、或者，当所述亚稳态铁氧化物结构内含有铁空位时，所述热力学反应方程式为：
23、
24、所述铁空位浓度由下式计算获得：
25、
26、式中，eh为二元非均相体系的氧化还原电位值；为标准还原势，为二元非均相体系中fe2+浓度，m为氧空位，n为铁空位。
27、与现有方法相比，本专利技术提供的技术方案具有如下优点及有益效果：
28、随着电化学技术的进步，使得测量和计算矿物结合fe2+的还原电位(eh)成为可能，考虑到缺陷结构可能影响其热力学性质，使用缺陷的氧化铁与赤铁矿-fe2+二元非均相体系下氧化还原电位值(eh)相关联定量计算氧化铁的缺陷结构，不仅有效解决了非均相体系氧化还原电位值(eh)的准确测定，还可原位测量氧化还原活性纳米颗粒的亚稳态结构，对于预测场地污染物非生物衰减速率具有重要的指示意义。
29、本专利技术基于热力学方法的新颖技术，建立了一种介导电位法，该方法可通过氧化铁-fe(ii)二元非均相体系下测量该非均相体系的氧化还原电位(eh)值，并结合实际测量的eh与溶液中fe(ii)浓度建立热力学关系和推导反应式，反向计算氧化铁矿物中缺陷浓度的大小。本专利技术针对自然界中普遍存在，在工程系统中广泛使用，并且在本专利技术的实验条件下不发生相变的氧化铁-赤铁矿，根据本专利技术方案所建的热力学关系反应式中斜率与理论斜率的验证，进一步证明本专利技术方案建立的方法准确可靠。本专利技术方案建立的介导电位法具有原位测量和成本低等优点，弥补现有技术在测量活性纳米氧化物颗粒中缺陷结构的定量计算问题，同时相关结果对于正确认识复杂体系下铁介导的生物地球化学循环具有重要意义。
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1.一种亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述测定方法中，整个测定过程在室温下进行，且所述测定过程所在环境为厌氧环境，氧气含量<5ppm；所述测定方法中，通过pH调节剂使整个测定过程中的pH值保持不变，所述pH值为5.0～8.0。
3.根据权利要求2所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述pH值为6.0。
4.根据权利要求2所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述步骤1)中，缓冲溶液的缓冲物质为二乙基哌嗪、吗啉乙磺酸一水合物、3-吗啉丙磺酸中任意一种；所述pH调节剂为KOH和/或HCl。
5.根据权利要求1所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述步骤1)的混合溶液中，浓度范围为0.1mmol·L-1～10mmol·L-1，缓冲溶液的浓度为20～50mM，KCl的浓度为20～30mmol·L-1。
6.根据权利要求5所述亚稳态铁氧化物空位缺陷
7.根据权利要求1所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述步骤2)中，亚稳态铁氧化物添加到混合溶液之后，混合溶液中亚稳态铁氧化物的浓度为1g/L。
8.根据权利要求1所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述步骤2)中，亚稳态铁氧化物为赤铁矿、纤铁矿、水铁矿、磁铁矿中的任意一种或多种；介导物质为氰甲基紫罗碱、氯化六氨合钌、乙基紫精和敌草快中的任意一种；所述介导物质在反应体系中的浓度为10～20μmol·L-1。
9.根据权利要求1所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述步骤3)中，氧化还原电位采用电位滴定仪结合铂环氧化还原复合电极进行测定，包括以下步骤：
10.根据权利要求1～9任意一项所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述步骤4)中，拟合后的函数为y＝a+bx，y为EH，x为当所述亚稳态铁氧化物结构内含有氧空位时，所述热力学反应方程式为：
...【技术特征摘要】
1.一种亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述测定方法中，整个测定过程在室温下进行，且所述测定过程所在环境为厌氧环境，氧气含量<5ppm；所述测定方法中，通过ph调节剂使整个测定过程中的ph值保持不变，所述ph值为5.0～8.0。
3.根据权利要求2所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述ph值为6.0。
4.根据权利要求2所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述步骤1)中，缓冲溶液的缓冲物质为二乙基哌嗪、吗啉乙磺酸一水合物、3-吗啉丙磺酸中任意一种；所述ph调节剂为koh和/或hcl。
5.根据权利要求1所述亚稳态铁氧化物空位缺陷浓度的定量测定方法，其特征在于：所述步骤1)的混合溶液中，浓度范围为0.1mmol·l-1～10mmol·l-1，缓冲溶液的浓度为20～50mm，kcl的浓度为20～30mmol·l-1。
6.根据权利要求5所述亚稳态铁氧化物空...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯静涛，刘娟，郑思远，徐宇露，熊娟，汪明霞，谭文峰，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：
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