绿脱石结构Fe(Ⅲ)还原程度对氧化过程·OH形成及有机质矿化的影响

土壤和沉积物有氧-无氧界面黏土矿物结构Fe(Ⅱ)氧化产生的羟自由基(·OH)在有机物质转化过程中具有重要作用。土壤和沉积物黏土矿物结构Fe(Ⅲ)的还原程度会随环境条件变化而不同,然而,关于含铁黏土矿物还原程度[Fe(Ⅱ)/Fe总]对氧化过程中·OH的形成及有机质矿化的影响尚不明确。本研究以富铁绿脱石为黏土矿代表,研究了不同还原程度绿脱石[Fe(Ⅱ)/Fe总:15%、22%、39%和56%]有氧氧化产生·OH的机制及该过程对溶解性有机质(DOM)转化的差异。结果表明,当不同还原程度绿脱石的悬浊液体系中结构Fe(Ⅱ)浓度为2.2 mmol·L^(-1)时,随着还原程度从15%增加到56%,其氧化120 min后·OH的累积浓度从13.6μmol·L^(-1)增加到27.1μmol·L^(-1),单位O_(2)转化为·OH的效率从3.3%提高到5.9%。傅里叶变换红外光谱(FTIR)、氮蓝四唑(NBT)猝灭实验和2,2′-联吡啶(BPY)钝化边缘反应位点的结果证明了还原程度为15%的绿脱石主要存在二八面体Fe(Ⅱ)[Al-Fe(Ⅱ)],并在边缘位点活化O2产生·OH;而还原程度为56%的绿脱石除二八面体Fe(Ⅱ)外,还存在高活性三八面体[Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅱ)],底面位点和边缘位点均可活化O_(2)产生·OH,并且O2在底面位点还原形成·OH效率更高。氧化过程中·OH矿化溶解性有机质(DOM)形成CO_(2)的含量随绿脱石的还原程度的升高而升高。因此,与低还原程度绿脱石(15%)相比,高还原程度的绿脱石(56%)存在高活性三八面体并能从底面位点形成·OH从而提高了·OH生成的效率并进一步促进了DOM的矿化。

微生物对绿脱石中有机质利用的研究

为了探索黏土矿物中含有的有机质能否被微生物利用以及微生物利用的效率,本文选取富三价铁的黏土矿物绿脱石NAu-2为还原对象,嗜热菌Thermus scotoductus SA-01,以及常温菌Shewanella putrefaciens CN-32为异化铁还原菌,分别在没有外加碳源的情况下对NAu-2结构铁进行还原。实验选取化学方法来测试Fe3+还原程度与还原速率,利用X射线粉晶衍射(XRD)、傅里叶转换红外光谱分析仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)对黏土矿物还原产物进行矿物学表征,利用总碳/氮分析仪测试黏土矿物释放出来的溶解碳总量以及高效液相色谱仪来分析不同有机组分的含量。实验结果表明相对于常温菌CN-32,嗜热菌SA-01可以有效利用绿脱石中含有的微量有机质作为碳源。由此可知,黏土矿物经微生物作用后发生还原溶解,其吸附的有机质会随着溶解程度的升高不断释放到周围环境中;黏土矿物含有的有机质组分成分复杂,在不同温度环境下释放出来的有机质速率与种类有所不同。

高温微生物铁还原条件下绿脱石对有机质的保存作用研究

粘土矿物在地表环境中广泛存在,并且与环境中的有机质紧密结合在一起。前人的研究发现,粘土矿物的可膨胀层间域可以有效地保存有机质,防止其在微生物诱导的氧化还原环境的波动的环境中被矿化。然而这一过程在高温条件下是否同样成立尚属未知。本文选取一种代表性有机质12-氨基十二酸(ALA)与典型含铁粘土矿物绿脱石(NAu-2)合成有机质-粘土矿物复合体,在两株高温-超高温铁还原细菌的作用后,通过多种水化学和矿物学的表征手段,研究其矿物结构的变化、有机质的结合稳定性和脱附情况。结果发现细菌对绿脱石结构铁的还原过程中造成的矿物结构的破坏(还原性溶解)是控制ALA从NAu-2中脱附的主要原因。高温条件也会略微促进ALA从NAu-2的层间域中脱附出来。总体来说,受限于微生物对结构铁的还原程度(<30%),最终在结构铁还原反应结束后还是有相当大量的ALA在层间保存了下来。这一结果证明了粘土矿物的层间域在高温条件下同样也能够作为有机质保存的有效场所。

绿脱石型膨润土的钠化改性研究

以浙江某地绿脱石型钙基膨润土为原料,采用传统的钠化方法对该膨润土进行改性。试验采用传统干法中的轮辗钠化法,Na2CO3为钠化剂。以钠化剂的用量、用水量、混碾时间及陈化时间为四个因素,进行正交试验,并得到了最优工艺。试验结果表明,绿脱石型钙基膨润土可以用传统钠化方法改性。

结构铁的还原对绿脱石红外光谱的影响

伴随 Fe2 +浓度增加和还原反应的进行 ,绿脱石红外光谱中位于 3570 ,1 0 30和 82 1 cm- 1 吸收峰向低波数位移 ,其相应的振动方式分别为 O-H伸缩振动、Si-Ob(基部氧 )面内振动和 Fe O-H变形的振动 .还原反应对 Si-Oa(顶部氧 )相互作用在 1 1 1 0 cm- 1 处产生的肩峰没有影响 ,结构铁的还原导致 84 8cm- 1的吸收峰向较高能量方向移动 ,但在结构羟基完全重氢化后 ,Fe-OH振动在 84 0 cm- 1产生的吸收峰仍然保持不变 .由于四面体和八面体薄层中间的压力减弱 。

氨基酸在绿脱石层间域内微观结构的分子动力学模拟

黏土矿物具有浓缩、保护和催化的功能,很可能在生命起源中发挥至关重要的作用。虽然大量研究关注氨基酸在富铝黏土矿物(如蒙脱石)表面的吸附和缩合反应,然而,富铁镁黏土矿物(如绿脱石)很可能广泛存在于早期地球,氨基酸在绿脱石表面的吸附和缩合反应研究却非常缺乏。本文使用分子动力学模拟手段,通过逐步减少水分子数量模拟脱水过程,研究脱水对氨基酸在绿脱石表面的吸附、有效反应对的形成和水化能等的影响。结果表明,氨基酸通过氨基与绿脱石表面氧形成氢键稳定地吸附在绿脱石表面,并在绿脱石表面形成有效反应对。脱水不仅有助于氨基酸在绿脱石表面的吸附和有效反应对的形成,而且还能降低体系的水化能,使体系在水化时释放更多能量。体系的水化能在热力学方面有利于肽键的形成,可能成为肽形成的驱动力。综上,绿脱石很可能对肽在早期地球的形成中起到关键作用。

马里亚纳海槽热液硅质烟囱上的自生绿脱石

本文详细地叙述了马里亚纳海槽热液硅质烟囱上自生绿脱石的矿物学和化学特征,并根据其产状对其形成进行了初步探讨,认为它是在构成烟囱外壁的非晶质氧化硅沉淀后,由于热液物化条件改变而在低温、氧化条件下从热液中直接沉淀形成的一种二八面体2:1型膨胀粘土矿物。

干旱地区镍红土矿石的加压酸浸——第2部分矿石类型的影响

对绿脱石、褐铁矿和腐泥土矿石加压酸浸(用高盐水)的浸出化学性质和浸出渣矿物学进行了比较。并且将结果与用来自Bulong的典型干旱地区红土矿矿料(上述各类矿石的混合料)的加压酸浸结果相比较，研究重点为矿石类型对铁、铝和镁溶液分析。

煤中黏土矿物对煤炭运输设备冻黏强度的影响

为分析煤中黏土矿物对煤炭运输设备冻黏强度的影响,选取不同矿的3种煤,通过XRD检测3种煤所含的主要黏土矿物分别为蒙脱石、绿脱石和伊利石,配制3种煤的精煤和在其基础上添加各自不同含量黏土矿物的煤样,以及同一种煤的精煤和在其基础上添加3种不同种类黏土矿物的煤样,应用研制的冻黏强度测试装置测试各煤样在常见基体Q235材料上的冻黏强度,结果表明:相比3种煤的精煤煤样,添加10%黏土矿物的3种煤煤样冻黏强度分别增加25.0%、22.1%、11.0%,添加20%黏土矿物的3种煤煤样冻黏强度分别增加47.4%、36.2%、24.4%,当添加黏土含量大于20%~30%时,3种煤的冻黏强度基本都不再增加;对于同一种煤,在其冻黏强度随黏土含量增加阶段,添加等量蒙脱石、绿脱石,煤样的冻黏强度增幅程度高于添加伊利石的煤样。煤中黏土矿物可增强煤的亲水性,使煤冻黏强度在一定范围内随黏土含量增高而增加;蒙脱石、绿脱石的亲水性高于伊利石,对煤冻黏强度影响更大。

海底热液成因含金属沉积物的研究现状及展望

海底热液成因含金属沉积物广泛分布于全球各大洋与弧后活动扩张中心、大洋玄武岩上覆沉积层的底部以及板内火山的顶部等区域。块状硫化物烟囱体经氧化蚀变发生再沉积作用、热液羽流的扩散和沉降作用或低温弥散流的直接沉淀均可形成含金属沉积物。尽管不同热液区的含金属沉积物在矿物和化学组成上具有一定的差异,但其相对正常远洋沉积物均表现为富含Fe、Mn并亏损Al和Ti等组分,其中的主要矿物通常为结晶程度较差的铁锰氧化物/氢氧化物和富铁蒙脱石(绿脱石)。自二十世纪七十年代末发现现代海底热液活动以来,大量的研究不仅基本明确了含金属沉积物的形成机制,还在与之相关的微生物矿化作用和自生黏土矿物的成因研究等方面取得了重要的进展。对含金属沉积物开展综合研究,确定其鉴别分类标准,既能丰富人们对海底热液循环系统、热液活动对全球海洋热和化学通量的贡献以及对海底深部生物圈的认识,也可为寻找多金属硫化物矿床、揭示古板块中类似矿床的成因和分布规律以及探索古海洋环境演化等提供重要信息。

东马努斯海盆PACMANUS热液区Si-Fe-Mn羟基氧化物的矿物学和微形貌特征

本文对东马努斯海盆PACMANUS热液区产于英安岩环境中的Si-Fe-Mn羟基氧化物样品进行了矿物学和微形貌分析.结果表明,该样品主要由Si-Fe-Mn羟基氧化物组成,结晶差,含少量的针铁矿、水钠锰矿、钡镁锰矿、绿脱石和蛋白石-A.样品中具疑似生物遗迹,如细丝状硅质物和空心管状物.鳞片状绿脱石可构成蜂窝状结构,也可生长在空心管的表面.绿脱石是低温热液活动的产物,其形成可能受到了微生物作用.Si-Fe-Mn羟基氧化物具有两种类型核心:Si-Mn质核和Si质核,其外层均包裹着Si-Fe质层,分别分布在杆状和球状羟基氧化物中.Si-Mn质核中SiO2含量为39.32wt%～86.31wt%,MnO为4.97wt%～27.01wt%,Fe2O3含量较低,为0.54wt%～3.43wt%;Si质核中SiO2含量为90.17wt%,MnO和Fe2O3含量较低,分别为0.06wt%和3.47wt%.其中,Si-Mn质核的生长与微生物活动相关,Si质核为无机成因.

含铁黏土矿物与电子传递体强化生物还原固定地下水中Cr(Ⅵ)的过程和机理分析

为了提高微生物还原固定Cr(Ⅵ)的速率,实现地下水Cr(Ⅵ)污染物的快速有效去除,采用添加黏土矿物与电子传递体的方法,考察了含铁黏土矿物NAu-2和电子传递体AQDS单独/共存条件下对希瓦氏菌Shewanella oneidensis MR-1还原固定地下水中不同浓度Cr(Ⅵ)(0.1~2.0 mmol·L^−1)的影响。结果表明:单独添加NAu-2对不同浓度Cr(Ⅵ)生物还原过程均无促进作用;单独添加AQDS对不同浓度Cr(Ⅵ)(0.2~2.0 mmol·L^−1)生物还原过程均产生强化作用,强化系数达到1.33~3.90;同时添加NAu-2和AQDS时,不同浓度Cr(Ⅵ)(0.2~2.0 mmol·L^−1)生物还原时的强化作用均得到明显提升,强化系数达到2.02~10.49。此外,对比NAu-2和AQDS共存时对MR-1还原不同浓度Cr(Ⅵ)的协同促进作用,发现在低浓度Cr(Ⅵ)(0.1~0.5 mmol·L^−1)体系中未产生协同作用(协同系数<1.0),中、高浓度Cr(Ⅵ)(0.8~2.0 mmol·L^−1)体系中产生了明显的协同作用(SF>1.0),且在Cr(Ⅵ)浓度为1.2 mmol·L^−1时,协同效果最为明显(协同系数为2.98),说明NAu-2和AQDS对中、高浓度Cr(Ⅵ)(0.8~2.0 mmol·L^−1)还原过程的协同促进作用差异较大。通过对不同Cr(Ⅵ)浓度条件下NAu-2、AQDS与MR-1共存的复杂体系中Cr(Ⅵ)迁移转化过程和机理进行研究,可为实际Cr(Ⅵ)污染场地修复提供新的修复思路及参考数据。