DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器, 巩义市予华仪器有限责任公司; KS型康氏振荡器, 常州金城教学仪器厂; SB-5200DTD型超声清洗机, 上海五相仪器仪表有限公司。

盐酸, 分析纯, 西安福晨化学试剂有限公司; KBr, 光谱纯, 国药集团化学试剂有限公司; SiO₂气凝胶, 自制; 金尾矿, 商洛。

将盛有金尾矿与盐酸溶液的锥形瓶放入超声清洗机超声, 直至尾矿充分溶解, 离心收集上层清液, 备用。将加入SiO₂气凝胶的金尾矿溶液放入恒温加热磁力搅拌器进行水浴加热, 水浴一定时间后放入康氏振荡器内振荡一定时间, 继续放入水浴锅中加热, 直至浸渍充分。低温加热除酸, 蒸发溶液中的溶剂, 溶液呈溶胶状时停止加热。将制成的溶胶放在密闭真空环境下, 静置一定时间进行老化。将老化后的溶胶转移到坩埚中, 放入箱式电阻炉中焙烧。冷却后, 准确称量其质量。

采用荷兰帕纳科公司X'Pert Powder 型粉末衍射仪对催化剂进行晶相分析。

采用德国耐驰公司STA449F3同步热分析仪进行样品热重分析, 升温速率为10 ℃· min^-1, 温度范围为室温~1 000 ℃, 气氛为N₂。

FT-IR测试采用尼高力仪器公司380型傅里叶变换红外光谱仪。

SEM测试采用日本日立公司 S4 800场发射扫描电子显微镜, 测试前, 试样真空喷金预处理(2~3)min。

盐酸浓度对金属负载量的影响如图1所示。由图1可知, 盐酸浓度为(1~3) mol· L^-1时, 催化剂中金属负载量随盐酸浓度增大而增大, 盐酸浓度为3 mol· L^-1时, 负载量达到最大值。盐酸浓度为(3~6) mol· L^-1时, 负载量随盐酸浓度增大而降低, 盐酸浓度为6 mol· L^-1时, 达到一个极小值。当盐酸浓度为(6~12) mol· L^-1时, 负载量小幅上升。考虑到浓盐酸的挥发性, 选择盐酸浓度3 mol· L^-1为盐酸的较优浓度。

图1

Figure 1

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	图1 酸浓度对负载量的影响Figure 1 Effects of acid concentration on loading capacity

金尾矿与气凝胶质量比对金属负载量的影响如图2所示。由图2可知, 金尾矿与气凝胶的质量比为1:1时, 负载量最大。因此, 金尾矿与气凝胶质量比1:1较优。

图2

Figure 2

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	图2 金尾矿与气凝胶质量比对负载量的影响Figure 2 Effects of mass ratio of SiO2 aerogel to gold tailing on loading capacity

图3为浸渍温度对金属负载量的影响。

图3

Figure 3

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	图3 浸渍温度对负载量的影响Figure 3 Effect of dipping temperature on loading capacity

由图3可知, 催化剂中金属负载量随着浸渍温度的上升而上升, 浸渍温度45 ℃时, 负载量最大。继续升高浸渍温度, 负载量先下降之后略有升高。原因可能是浸渍温度过高使盐酸挥发, 降低溶解效果, 从而降低负载量。最佳浸渍温度为45 ℃。

图4为浸渍时间对金属负载量的影响。由图4可知, 浸渍时间小于2 h时, 催化剂金属负载量随着浸渍时间的增长呈上升趋势, 继续增加浸渍时间, 负载量下降。故浸渍时间2 h最佳, 浸渍时间过长可能引起脱附使负载量降低。

图4

Figure 4

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	图4 浸渍时间对负载量的影响Figure 4 Effect of dipping time on loading capacity

图5为老化时间对金属负载量的影响。由图5可知, 老化时间48 h可得到最大负载量。最佳老化时间为48 h。

图5

Figure 5

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	图5 老化时间对负载量的影响Figure 5 Effect of aging time on loading capacity

2.6.1 XRD

图6为SiO₂气凝胶和催化剂的XRD图。由图6可知, 在气凝胶负载前后均未检测出SiO₂的晶体衍射峰, 表明用于制备催化剂的硅气凝胶中SiO₂以无定形态存在。负载了尾矿中金属离子的气凝胶在焙烧后, 未检测出金属相或金属氧化物物种的衍射峰, 表明尾矿中金属离子以极小的颗粒高度分散于具有大比表面积的硅气凝胶载体上^[9]。

图6

Figure 6

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	图6 SiO2气凝胶和催化剂XRD图Figure 6 XRD patterns of SiO2aerogel and catalyst

2.6.2 TG

图7为催化剂的TG曲线。由图7可以看出, 催化剂在100 ℃附近略有失重, 这可能是由于催化剂在存放过程中吸收了空气中的水汽, 100 ℃附近时有失水现象。其后在1 000 ℃ 质量变化不大, 表明SiO₂气凝胶-金尾矿催化剂具有良好的热稳定性, 可用于高温反应。

图7

Figure 7

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	图7 催化剂的TG曲线Figure 7 TG curves of the catalyst

2.6.3 FT-IR

图8为SiO₂气凝胶和催化剂的红外光谱图。由图8可知, SiO₂气凝胶在459 cm^-1、799 cm^-1、1 094 cm^-1处的峰分别代表 Si— O— Si 的弯曲振动、对称伸缩振动和反对称伸缩振动; 959 cm^-1处的峰代表 Si— OH 的伸缩振动, 在3 441 cm^-1处的峰为反对称 OH 的伸缩振动。与气凝胶相比, 催化剂在1 094 cm^-1和3 441 cm^-1处的峰明显变宽, SiO₂气凝胶中799 cm^-1处的峰在催化剂中变为814 cm^-1, 发生了蓝移, SiO₂气凝胶中959 cm^-1处的峰在催化剂中变为953 cm^-1, 发生了红移, 表明催化剂有物质与气凝胶发生作用, 形成新键。催化剂在572 cm^-1处出现了晶态Fe₂O₃的Fe— O键伸缩振动特征峰^[10], 表明气凝胶负载的物质中有Fe₂O₃。

图8

Figure 8

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	图8 SiO2气凝胶与催化剂FT-IR谱图Figure 8 FT-IR spectra of SiO2aerogel and catalyst

2.6.4 SEM

图9为催化剂的SEM照片。从图9可以看出, 尾矿金属均匀负载在气凝胶上, 但气凝胶有聚结成片现象, 造成比表面积降低。在催化反应中应适当增加催化剂的用量。

图9

Figure 9

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	图9 催化剂的SEM照片Figure 9 SEM image of the catalyst