添加量为 100 mg/kg 时絮凝剂、赤铁矿和絮凝后赤铁矿絮体的红外光谱如图 6 所示。絮凝后的赤铁矿絮体均在 3150~3570 cm−1 处出现了新的特征峰，属于分子内氢键和分子间氢键的特征带，说明赤铁矿表面的 O 与絮凝剂基团中 N−H 或 O−H 形成了氢键，发生物理吸附[26, 27]。由图 6（a）可知，赤铁矿絮凝后，赤铁矿表面的 Fe−O 键弯曲振动峰[28]从 1043 cm−1处下移至 1025 cm−1处，说明赤铁矿表面的 Fe−O 键与絮凝剂官能团发生吸附作用。PAAA 与赤铁矿絮凝后，羧酸根−COO−的不对称、对称伸缩振动特征峰[12, 29]分别从 1546 cm−1、1408 cm−1 处下移至 1536 cm−1 和 1399 cm−1 处，吸附前后羧酸根−COO−的分离度（∆ν=νasym−νsym）分别为 37 cm−1 和 38 cm−1，分离度接近，属于双齿配位机制[30-32]。因此羧酸根与赤铁矿表面的 Fe−O 键形成双齿桥接配位键，发生化学吸附，如图 7（a）所示。由图 6（b）可知，APAM 与赤铁矿絮凝后，APAM 的酰胺基−CONH2 的 N−H 变形振动峰[33]从 1559 cm−1 处下移至 1535 cm−1 处，赤铁矿表面的 Fe−O 变形、伸缩振动分别从 1043 cm−1、549 cm−1 移动至 1025 cm−1、530 cm−1 处，说明 APAM的酰胺基的 N−H 键与赤铁矿表面的 Fe−O 键吸附，发生化学吸附，如图 7（b）所示。由图 6（c）可知，HPAM与赤铁矿絮凝后，HPAM的氧肟酸基−CONHOH的N−H的伸缩振动特征峰从3383 cm−1移动至3132cm−1 处，吸附后的絮体中没有明显的 C=O 和 C−N 的特征峰，1543 cm−1 处为 C=N 双键的特征峰[34, 35]，赤铁矿表面 Fe−O 的伸缩振动由 549 cm−1 下移至 517 cm−1，说明 HPAM 的氧肟酸基团与赤铁矿形成五元环结构，且五元环结构中 C=O 键转变为 C=N 键[34, 35]，如图 7（c）所示。由图 6（d）可知，1535 cm−1 为−CONHOH 中 N−H 的弯曲振动特征峰，1408 cm−1 处为 C−N 的特征峰，赤铁矿表面 Fe−O 的弯曲和伸缩振动分别由 1043 cm−1、549 cm−1 下移至 1025 cm−1、526 cm−1，说明 HCPAM 的氧肟酸基团针 C=O 和N−H 键在赤铁矿表面形成五元环状螯合结构，发生化学吸附作用，如图 7（d）所示。

                       絮凝剂、针铁矿和絮凝后的针铁矿絮体的 FT−IR 图谱如图 8 所示。絮凝后针铁矿的 3143 cm−1 处表面羟基的特征峰发生偏移，说明絮凝剂与针铁矿表面的 O−H 形成氢键，发生了物理吸附。由图 8（a）可知，PAAA 与针铁矿絮凝后，PAAA 羧基−COO−的对称振动伸缩峰从 1408 cm−1 下移至 1382 cm−1 处，不对称伸缩振动特征峰上移至 1651 cm−1 处，说明 PAAA 在针铁矿表面形成单齿配位键[36, 37]，如图 9（a）所示，这与王梦[38]等人发现针铁矿与羧酸根存在双齿桥接配位键结果不同。相关研究表明，针铁矿不同晶面与羧酸根之间存在不同的结构[39]，而 FT−IR 光谱将针铁矿上不同的结构进行平均化处理，具有一定的局限性[40]，需进一步采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱和密度泛函理论等手段分辨针铁矿各晶面与羧酸根的各种吸附形式[41]。由图 8（b）可知，APAM 与针铁矿絮凝后，酰胺基−CONH2 的 C=O 伸缩振动吸收峰从 1672 cm−1 下移至 1658 cm−1，说明酰胺基中 C=O 键与针铁矿表面发生吸附，如图 9（b）所示。由图 8 （c）可知，HPAM 与针铁矿絮凝后，−CONHOH 的 N−H 弯曲振动特征峰从 1547 cm−1 下移至 1483 cm−1，1382 cm−1 处为 C=N 特征峰，说明 HPAM 的氧肟酸基团与针铁矿螯合为五元环结构，C=O 键转变为 C=N键，如图 9（c）所示。由图 8（d）可知，HCPAM 与针铁矿絮凝后，−CONHOH 的 N−H 弯曲振动特征峰由 1563 cm−1 下移至 1483 cm−1，1381 cm−1 处为 C=N 特征峰，说明 HCPAM 的氧肟酸基团中 C−O 和 N−H键与针铁矿形成五元环，C=O 键转变为 C=N 键，Fe 与形成五元环结构，如图 9（d）所示。

                       综上所述，絮凝剂在铁矿相表面通过分子间作用力和化学键作用进行吸附。分子间作用力主要为絮凝剂中极性基团的 N−H 或 O−H 键与铁矿相表面的 O 形成氢键。不同类型絮凝剂在两种铁矿相表面形成不同的配位键，羧酸根与赤铁矿的吸附形式为双齿桥接配位，与针铁矿的吸附形式为单齿配位；酰胺基通过 N−H 键与赤铁矿表面的 Fe−O 键吸附，通过 C=O 键与针铁矿表面的 Fe−O 键吸附；氧肟酸基团通过C=O 和 N−O 与赤铁矿和针铁矿表面的 Fe 络合，形成五元环状螯合物，且五元环的 C=O 双键容易被弱化，转变为 C=N 双键。

                         3 结 论

                      （1）添加氧肟酸絮凝剂后，铁矿相沉降速度最快，且氧肟酸含量越高，沉降性能越好；聚丙烯酸铵和阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂对铁矿相沉降性能影响较小。在同等条件下，赤铁矿沉降速度要远高于针铁矿，增加絮凝剂添加量能够大幅提高针铁矿沉降速度。

                      （2）氧肟酸絮凝剂在铁矿相表面形成五元环状螯合物，结构稳定，吸附能力强，能大幅提高赤铁矿和针铁矿的沉降速度，降低针铁矿的上清液浊度；聚丙烯酸铵絮凝剂与赤铁矿以双齿桥接配位模式吸附，与针铁矿以单齿配位模式吸附，吸附能力较弱，铁矿相沉降速度几乎不变；聚丙烯酰胺絮凝剂的酰胺基与赤铁矿和针铁矿表面发生化学吸附，吸附和絮凝效果最差。

                       （3）赤铁矿疏水性强，与絮凝剂形成的絮体粒度和分形维数较大，致密度好，架桥絮凝效果好；针铁矿与之相反。在赤铁矿絮体中，聚丙烯酸铵絮体粒度最大，混合型氧肟酸絮体分形维数最大，致密性最好；在针铁矿絮体中，阴离子聚丙烯酰胺絮体粒度最大，氧肟酸絮体分形维数最大，致密性最好。

                        原标题：有机絮凝剂对铁矿相沉降性能影响及其吸附机理

                        原作者：鲁统鹏 ，潘晓林，吴鸿飞，李煜，于海燕