运用原位衰减全反射红外光谱法研究铬磁铁矿对磷酸根的吸附作用

采用原位衰减全反射红外光谱技术(ATR-FTIR)探讨pH值和磷酸根浓度对磷酸根在磁铁矿表面吸附形态的影响。结果表明:随着pH值降低,磷酸根浓度增大,磷酸根在磁铁矿表面的吸附量随之增加,形成内层吸附。发现有3种吸附模型:(1)在低pH值时,主要形成对称性为C1的吸附形态,可能主要是单质子化双齿双核络合形态;(2)在高pH值条件下发现有2种形态,高磷酸根浓度条件下,形成1种对称性为C3ν吸附形态,主要是单齿单核络合形态,在低浓度条件下,发现1种C2ν对称性吸附形态,可能是去质子化双齿双核络合形态,与单齿单核络合形态的物种在低浓度条件下共同存在。

类质同像置换对磁铁矿吸附Pb(Ⅱ)性能的影响

矿物的表面吸附作用影响重金属在环境中的迁移和归宿。在自然界,磁铁矿结构中广泛存在类质同像置换。本文从吸附容量、作用机制和吸附形态等方面探讨不同过渡金属（如:Cr,Mn,Co和Ni）对磁铁矿吸附Pb（Ⅱ）性能的影响。上述置换离子显著增加磁铁矿的表面位密度,但等电点(pHpzc)无明显变化。Pb（Ⅱ）的饱和吸附量随p H值的上升而增加,且不受离子强度所抑制,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模型。各过渡金属对Pb（Ⅱ）吸附量的增强程度为:Co<Mn<Ni<Cr。Pb（Ⅱ）。磁铁矿表面形成内圈（inner-sphere）络合物,空间几何构型为双核三齿共角构型,吸附形态和空间构型不受吸附容量制约。此外,本文还从表面性质变化（表面位密度等）、吸附机制等方面讨论了类质同像置换对磁铁矿吸附Pb（Ⅱ）性能影响的机制。本研究结果有助于理解天然磁铁矿对重金属的净化机制以及铅在水体和土壤环境中的迁移与归宿。

无氧条件下黄铁矿表面的羟基化与自氧化

过去20年里,无氧条件下黄铁矿–水界面产生活性氧是黄铁矿表面反应性的重要发现之一。这一反应不仅对现代环境有重要影响,而且在早期地球环境演化中也扮演着重要角色。无氧条件下黄铁矿–水界面产生的活性氧具有极强的氧化性,理论上有氧化黄铁矿自身的能力。然而,无氧条件下黄铁矿–水界面产生的活性氧对其自身是否有氧化作用(即黄铁矿自氧化)及其反应机制还不得而知。本研究采用原位漫反射红外傅里叶变换光谱(in-situDRIFTS)和准原位X射线光电子能谱(quasi-in-situXPS)结合密度泛函理论(DFT)计算,探究了无氧条件下黄铁矿–水界面的自氧化初始反应过程。结果表明:(1)无氧条件下黄铁矿–水界面会发生自氧化反应,生成高价态的硫物种和铁氧化物;(2)黄铁矿–水界面的自氧化反应伴随着羟基的生成和消耗;(3)黄铁矿–水界面的羟基源于水分子在黄铁矿表面缺陷位点的解离作用,可为活性氧的产生提供物源。这些发现不仅揭示了黄铁矿–水界面的羟基化和自氧化过程,还为深入理解黄铁矿–水界面反应在早期地球环境演化中的重要作用提供了认知基础。

离子吸附型稀土矿床中稀土的富集—分异特征:铁氧化物—黏土矿物复合体的约束

在离子吸附型稀土矿床中,黏土矿物被认为是离子吸附态稀土的主要吸附载体。风化壳中黏土矿物的透射电镜分析发现,黏土矿物普遍与铁氧化物形成复合体,很可能对稀土元素的富集–分异产生重要影响。本研究以广东省梅州市平远县仁居矿区的典型离子吸附型稀土矿床剖面为对象,通过提取富矿层中的细颗粒组分,采用X射线衍射、穆斯堡尔谱和透射电镜,对黏土矿物–铁氧化物复合体进行物相和形貌分析;在此基础上,采用顺序提取法测定不同化学形态的稀土总量,探究黏土矿物和铁氧化物对稀土元素富集–分异的贡献。结果表明,从全风化层到表土层,复合物从长石/伊利石–水铁矿/针铁矿复合体到高岭石/埃洛石–针铁矿/赤铁矿复合体,最终向高岭石–赤铁矿复合体转变。在表土层和全风化层的细颗粒组分中,离子交换态稀土约占25%和80%,而铁氧化物结合态稀土约占75%和20%。在表土层中, Ce的富集导致离子交换态和铁氧化物结合态稀土均富轻稀土。在全风化层中,随着深度的增加,离子交换态稀土由富轻稀土转变为富重稀土,铁氧化物结合态稀土均表现富重稀土的分异特征。离子交换态稀土总量和分异特征主要受黏土矿物–稀土界面作用和淋滤作用控制;而铁氧化物结合态稀土总量和分异特征主要受铁氧化物的物相、结晶程度及风化壳pH值等因素影响。因此,铁氧化物对风化壳剖面稀土元素富集和分异具有一定的影响,是剖面上重稀土元素富集的有利因素。上述认识有助于理解和掌握离子吸附型稀土矿中稀土元素的富集–分异机制。

铬磁铁矿对茜素绿的降解研究

以共沉淀氧化法制备一组铬掺杂的磁铁矿样品,对它们进行XRD分析,结果显示铬的掺杂不会让磁铁矿的晶体结构有明显变化,并且样品的纯度也较高。对它们进行热重与差重(TG-DSC)分析,数据表明铬能提高磁铁矿的热稳定性。降解实验在下列条件下进行:以茜素绿为目标降解物,以样品和双氧水为催化剂,结果表明铬的掺杂有利于磁铁矿对茜素绿的降解。