菱铁矿对六价铬阴离子吸附-还原耦合固定的去除机理研究

为了揭示菱铁矿对水中六价铬Cr(Ⅵ)阴离子的吸附-还原耦合固定去除特性,采用合成菱铁矿矿物材料开展铬的吸附等温线和动力学特征探究,着重考察溶液pH对铬去除效率的影响,并对铬反应前后菱铁矿样品进行表征与分析。结果表明:采用Langmuir等温吸附模型,能更好地描述合成菱铁矿对Cr(Ⅵ)的去除,而铬去除动力学则更符合伪二级吸附动力学模型。Cr(Ⅵ)可被菱铁矿表面Fe(Ⅱ)快速还原转化为Cr(Ⅲ)离子,但由于pH升高,Cr(Ⅵ)的氧化性能有所降低,因而导致铬的去除率明显下降。菱铁矿表面形成了Fe(Ⅲ)-Cr(Ⅲ)氢氧化物共沉淀,从而实现菱铁矿对六价铬离子的有效去除。

土壤和水体环境中矿物-腐殖质交互作用的研究进展

矿物腐殖质间的交互作用是土壤和水体沉积物及悬浮颗粒物中环境物质的重要界面过程。不管是氮、磷植物性营养元素还是有毒的重金属、有机物 ,它们在表生环境中的迁移转化与归趋受到矿物、腐殖质及其复合体的表面活性和迁移性的调控。矿物腐殖质体系的界面作用研究是前沿性的研究领域 ,主要目的是揭示矿物腐殖质复合体的结构特性 (例如颗粒物的圈层结构与表面微形貌 )及其与颗粒物表面活性的关系 ,进而揭示土壤和水体环境中矿物腐殖质间的交互作用规律。本文对该领域的研究现状进行评述 。

高岭石和硅/铝-氧化物对腐殖酸的吸附实验研究

矿物结合的腐殖质可改变矿物的表面性质 ,矿物对腐殖酸的吸附强度与矿物的吸附位性质、密度、荷电性及比表面积有关。若按比表面积计算 ,矿物对腐殖酸的吸附强度顺序为氢氧化铝 >高岭石 >石英 ;按单位质量计算 ,吸附强度顺序为高岭石 >氢氧化铝 >石英。研究表明 ,矿物表面活性受水溶液pH值的调控 ,且当 pH值在 4～ 7时 ,上述 3种矿物对腐殖酸的吸附机理为 :石英主要表现为氢键作用 ;氢氧化铝主要表现为配体交换表面配位作用 ;高岭石表现为多种形式并存 ,包括氢键。

高岭石对重金属离子的吸附机理及其溶液的pH条件

高岭石对Cu2 + ,Pb2 + 离子的吸附实验及高岭石的溶解实验表明,高岭石对重金属离子的吸附有别于石英单一表面配位模式,离子交换和表面配位模式并存,并随溶液pH由酸性往碱性的变化发生规律性的演替:pH <6 .5时主要表现为外圈层配位的离子交换吸附,且在pH <4时由于受到高岭石表层中铝的高溶出及溶液中较高离子强度的影响,高岭石对Cu2 + ,Pb2 + 离子的吸附率较低,pH为5～6时由于高岭石端面的荷电性为近中性,吸附率则有明显的提升并且表现为一个吸附平台;pH >6 .5时离子交换和表面配位均为重要吸附机制,pH再升高时沉淀机制则起着重要作用。研究表明,pH调控高岭石-水界面溶解与质子化-去质子化反应过程,并影响着Cu2 + ,Pb2 + 离子的吸附行为。最后采用Sverjensky (1993)表面配位的物理模型对吸附结果作了描述。

高岭石-水溶液的界面反应特征

高岭石的表面荷电性、溶解及其对Cu2+、Pb2+的吸附等实验结果表明,高岭石的零净质子电荷点pHPZNPC=5.2,但端面>AlOH的pHPZNPC在6.5～7.0之间,而>SiOH的pHPZNPC<2.3;然而,在pH2～10范围,ζ-电位均为负值,即电动电荷等于零对应的pH(pHIEP)<2;且在pH<4溶解时,Al溶出率比Si高,表明高岭石表层形成富Si贫Al层。随着溶液pH由酸性往碱性的变化,重金属离子的吸附表现为离子交换与表面配位模式并存,并发生规律性的变化:在pH<6.5时主要表现为离子交换吸附,在pH<4时由于受到高岭石Al的高溶出及较高的离子强度影响,高岭石对Cu2+、Pb2+的吸附率较低,但在pH5～6附近吸附率有明显的提升,并且有个吸附平台;在pH>6.5时,主要表现为离子交换和表面配位均为重要的吸附机制,若pH再升高或重金属离子浓度过高时甚至发生表面沉淀。研究还表明,溶液pH与离子强度影响高岭石-水界面反应过程,表面溶解与质子化反应改变高岭石的表面性质,包括表面荷电性和表面位化合形态,因而调控Cu2+、Pb2+的界面吸附行为。

重金属离子与石英表面反应的实验研究

石英对Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、和Ni2+等二价重金属离子的吸附等温线研究表明，石英对重金属离子的吸附反应可用Freudlich方程很好地进行描述，拟合曲线相关系数（r）＞0.96；吸附反应以形成金属离子单配位形态为主，只是Cu2+、Zn2+和Ni2+等三种离子有一部分双配位形态生成。同时，利用表面配位理论模式对实验结果进行拟合，其结果为表观表面配位常数lgKM=2.2—3.3，且KCd≥KPb＞KZn＞KNi≥KCu；lgβM=5.9－6.8，且βNi＞βZn＞βCu。可见，离子对石英表面的亲合力强度大小顺序是Cd＞Pb＞Zn＞Ni＞Cu。表现表面配位常数的大小主要由离子玻恩水化系数（△Ωr，v）决定，但受离子水解常数的影响。

有机酸与矿物间界面作用研究评述

介绍了近年来有机酸与矿物之间相互作用的研究进展。重点探讨有机酸与矿物间相互作用的环境意义、作用模式以及低分子量有机酸和高分子量腐殖酸在与矿物作用时各自的特点和彼此间的差异。有机酸 -矿物界面作用控制着金属、有机污染物的迁移、转化与归宿以及生物可给性。有机酸 -矿物界面作用存在多种模式 ,主要受有机酸和矿物的活性基团类型、含量分布以及有机酸分子量大小和疏水性等因素的影响。

重金属离子与方解石表面反应的实验研究

本文对重金属离子与方解石表面反应作了系统研究。方解石表面对重金属离子的吸附等温线可分为４ 种类型：Ａ 型，Ｌａｎｇｍｕｉｒ 型；Ｂ 型，Ｆｒｅｕｄｌｉｃｈ 型；Ｃ 型，吸附－ 沉淀突变型；Ｄ型，吸着线性型。实验研究表明，方解石表面反应多种模式并存。Ｃｕ２ ＋ 、Ｚｎ２ ＋ 、Ｃｄ２ ＋ 和Ｎｉ２ ＋ 在低浓度时表现为离子交换吸附，较高浓度时表现为交换和表面配位吸附并存，而高浓度时则表现为表面沉淀；Ａｇ＋ 、Ｐｂ２ ＋ 和Ｃｒ３ ＋ 在低浓度时表现为表面配位吸附，而较高浓度时则表现为表面沉淀。

胡敏酸对高岭石吸附铜离子的强化作用

考察酸性条件特别是在近中性 pH范围内胡敏酸对高岭石吸附铜离子的强化作用。研究表明 ,胡敏酸的加入可以提高高岭石对铜离子的吸附率 ,甚至在pH 5～ 6附近高岭石对铜离子的吸附率也从约 5 0 %提高到约 6 5 %。当 pH <4时 ,由于高岭石表面铝的高溶出或胡敏酸阴离子基团离解程度降低等因素 ,使其表面对胡敏酸的吸附率有所降低 ,但与高岭石样品相比 ,胡敏酸高岭石复合体对铜离子的吸附仍然有明显的增加。胡敏酸对高岭石吸附铜离子的强化机制是 ,高岭石端面形成了Al—HA—Cu三元配合物 (B型 ) ,与传统的诸如pH、离子强度与离子初始浓度等介质条件影响不同。在 pH >7时高岭石端面及腐殖质基团去质子化增强 ,因而静电排斥降低了高岭石对胡敏酸的吸附 ,从而使得胡敏酸对铜离子在高岭石表面上的吸附作用有所减弱 ,此时可能出现胡敏酸铜及氢氧化铜的沉淀 。

红壤中矿物表面对腐殖质吸附萘的影响

矿物表面可改变土壤腐殖质对疏水性有机污染物的结合能力。采用红壤和高岭石分别与胡敏酸结合制备得到的两种复合体对萘的吸附等温线非线性显著,其n=0.76或0.74,并且有机碳归一化吸附分配系数的实验值Koacds是采用Kow计算得出的理论值Koc的5倍以上,表明红壤、高岭石均对腐殖质吸附萘有强化作用,且红壤较之高岭石对腐殖质吸附萘的影响稍强些。主要原因是,红壤中除了高岭石外,还有与腐殖质结合力很强的铁氧化物,而且很可能是吸附态腐殖质组成结构形态发生了有利于对萘吸附的改变。

铁氧化物矿物对苯酚和溶解性有机质表面吸附的初步研究

文中以铁氧化物矿物对苯酚和溶解性有机质(DOM)的吸附研究为例开展生态矿物学研究。铁氧化物矿物的吸附作用存在多种机制,这些吸附机制发生作用的条件主要取决于溶液化学性质和吸附质的理化性质。批处理实验研究表明,苯酚吸附在酸性微酸性条件下不强,吸附等温线符合Langmuir方程,属于表面分子吸附模型;DOM的吸附强并发生吸附分异,配体交换、憎水键和范氏力等多种模式并存,在酸性中性条件下对DOM在针铁矿上的吸附起着重要贡献。本文实验条件下DOM吸附等温线近于线性,不能采用Langmuir方程拟合,可能原因是DOM浓度较低。矿物表面荷电性对吸附影响显著,例如,当矿物表面净电荷为零(pH=pHpzc)时,矿物表面水化膜减薄甚至消失,苯酚分子、憎水DOM分子或片断都会倾向于在矿物表面上吸附。由于苯酚吸附机制单一,其受到的影响很明显,所以苯酚在pH值7～8范围内出现吸附最大值;由于配体交换作用主要发生在酸性微酸性条件下,所以在本文pH值约7.5的实验条件下,尽管配体交换仍在发生作用,但它不是主要吸附机制,针铁矿对DOM吸附的主要贡献应是憎水键和范氏力作用,此外,DOM吸附等温方程近于线性还可能与此有关。显然,铁矿物表面作用在对有机质含量低而铁矿物含量高的红壤中污染物和DOM的固定与归宿控制中扮演着重要的角色。

溶液介质条件对重金属离子与石英表面反应的影响

实验研究表明，随着溶液pH值的升高，石英对Cu2+、Pb2+和Cd2+等重金属离子的吸附量和表面吸附覆盖率逐渐增大，而表面反应产物的结合形态相应地出现由单核化合物、多核化合物[SOCu4(OH)4+3]，直至表面沉淀[SOH…Cu（OH）2(S)]。随着温度升高，石英对Cu2+、Pb2+和Cd2+等重金属离子的吸附量逐渐减小。而随着溶液离子强度的增大，石英对Cu2+离子的吸附量和表面离子覆盖率也逐渐减小。可见，溶液pH值等介质条件对石英表面反应具有很大的影响，甚至可导致金属离子与石英表面反应机理与模式的改变，即由吸附反应向表面沉淀变化。

重金属在碳酸钙-水界面间的沉淀反应特征

首先进行 Cu2 + ,Pb2 +和 Cd2 +等重金属离子溶液与方解石和轻质碳酸钙间的沉淀反应实验 ,然后对方解石与重金属离子的反应产物作了 SEM观察与 EDS能谱分析。研究表明 ,在本文的实验条件下 ,重金属与碳酸钙间的表面反应主要表现为表面沉淀。其中 ,Cd2 +

土壤和沉积物中NOM稳定性矿物学机制研究的理论与方法

土壤和沉积物中天然有机质(NOM)稳定性问题受到关注,主要是因为NOM的稳定性直接影响到大气中CO2的平衡与全球气候变化。此外,天然有机质还影响着土壤和沉积物中矿物的表面反应性、污染物的环境行为与生物有效性。因此,本综述在详细介绍土壤和沉积物中NOM稳定性矿物学机制研究的理论与方法的同时,也简略介绍了NOM的组成结构与反应性,并着重强调NOM/矿物微界面过程作用机制的重要性。许多研究表明,土壤和沉积物中NOM稳定性的矿物学机制主要包括矿物表面吸附和物理包裹。本综述目的是,介绍矿物保护的稳定NOM的分离、特性及其分析测定方法与技术,并且强调NOM稳定性矿物学保护机制系统性研究的重要性,以搞清矿物学保护机制在土壤和沉积物中NOM稳定保持中的贡献与重要性以及矿物学保护机制对天然有机质稳定性的调控作用,从而提高对土壤和沉积物环境生态的地球化学、矿物学的认识水平。

粉石英表面化学的表征

分析与探讨了粉石英的表面位及其质子化反应 ,对粉石英的表面电化学性质作了进一步研究。以NaNO3为支持电解质 ,测得粉石英的表面位密度约为 4 3个 /nm2 ,表面零质子电荷原点pHPPZC为 2 8;表面质子化本征常数lgKint1约为 -1 5和lgKint2 约为 7 0 ;Cl-和NO- 3对石英的竞争吸附能力大小为Cl- >NO- 3。粉石英表面显弱酸性。

石英和碳酸钙表面位的FDIR谱学研究

本文采用漫反射红外光谱（ＦＤＩＲ）方法对石英、方解石、合成碳酸钙和孔雀石等矿物表面位（基团）作了研究。随着溶液ｐＨ值的升高，由于表面基团间氢键的影响，石英表面位＞Ｓｉ—Ｏ和＞Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ的吸收峰向高频方向漂移，即＞Ｓｉ—Ｏ非对称伸缩振动吸收峰由１０３６ｃｍ－１→１０４５ｃｍ－１→１０４７ｃｍ－１，＞Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ对称伸缩振动吸收峰由７７７ｃｍ－１→７８２ｃｍ－１→７８８ｃｍ－１，而＞Ｓｉ—Ｏ弯曲振动的吸收峰由４６３ｃｍ－１→４７０ｃｍ－１→４７２ｃｍ－１。方解石和合成碳酸钙的＞ＣＯ３Ｈ和＞ＣａＯＨ形态的表面位的ＦＤＩＲ吸收峰分别对应于２５０９ｃｍ－１～２９８１ｃｍ－１和４７１ｃｍ－１～４７２ｃｍ－１。可能因＞ＣＯ－３表面弛豫和重建，故于１７９５ｃｍ－１处出现特殊的强吸收峰。由于受体相结构羟基的影响，孔雀石的＞ＣＯ３质子化效应不明显。

石英矿物表面反应性的EPR谱学研究

采用顺磁共振谱 (EPR)方法对不同 p H值条件下石英表面与 Cu2 + 离子反应的机理进行研究。当溶液的 p H值在 2至 11之间变化时 ,石英表面 Cu2 +离子的吸附覆盖率相应地由 0至 10 .32 %变化 ;同时 ,其EPR谱的线形、线宽及 g因子值也发生了特征的变化。研究表明 ,随着石英表面 Cu2 + 离子的吸附覆盖率的不断升高 ,表面反应产物的结合形态相应地出现单核化合物、多核化合物直至表面沉淀。

东江河微污染源水生化预处理的试验研究

采用生物接触氧化法对东江河微污染源水进行脱氮除氨中试研究，在气水体积比为 １：１和采用ＰＷＴ型立体网状填料的条件下，对微污染源水的氨氮、ＣＯＤ、ＳＳ去除率以及填料 表面生物膜中生物量和挂膜情况等运行指标作了分析与观察．试验结果表明该方法工艺具有 较高的氨氮去除能力，氨氮去除率平均可达９０．４％．

微量元素与矿物表面反应研究进展

微量元素与矿物表面反应研究进展吴宏海吴大清（中国科学院广州地球化学研究所，广州５１０６４０）关键词矿物—水界面表面反应表面络合模式微量金属元素１研究意义与现状在地表环境中，大气圈、水圈和岩石圈之间存在着相互进行物质传输与能量交换的界面作用，其中矿物...

石英与水溶液作用的界面反应特征

In this paper,the surface sites of quartz and their protonation were first analyzed and discussed,and then the surface reaction of heavy metal ions,involving Cu 2+ ,Pb 2+ ,Cd 2+ and Ni 2+ ,with quartz were completely investigated.The pH PPZC (pristine point of zero charge) for quartz was about 2.8 and the surface protonation constants in log form,lg K int 1 and lg K int 2,were about -1.5,7.0,respectively.The adsorption mass of Cu 2+ decreased with the ionic strength changing from 0.1 to 1.0mol/L;while the adsorption mass of heavy metal ions,including Cu 2+ ,Pb 2+ ,Cd 2+ and Ni 2+ ,decreased with raise in temperature.The experimental results showed that the surface reaction of heavy metal ions with quartz was surface complexation adsorption in model and the supporting electrolyte ions had taken part in competing adsorption under the experimental conditions.