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、配体交换表面配位和疏水性作用以及金属离子桥键作用.     

大同煤田北部中侏罗统煤中伴生元素分布特征及其地质意义

为研究大同煤田中侏罗统煤中伴生元素地球化学特征及地质意义,应用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、X射线衍射法（XRD）、光学电子显微镜和扫描电子显微镜（SEM）等测试方法分析煤田北部9个煤层中伴生元素含量和赋存特征。结果表明:煤中微量元素含量低,其有益元素（Li、Ga）含量均远低于边界品位,不具伴生成矿开发潜力,但2号煤中Co与Zn、9号煤中Tl和11-2号煤中Be等有害元素较为富集,是世界煤平均值的3倍以上,其环境影响值得关注。煤中主要矿物是高岭石与石英,高岭石主要充填在结构镜质体中,指示其同生成因,石英往往具有很好的晶型,指示其自生成因;少量的黄铁矿和方解石充填在显微裂隙中,指示其后生成因;磷灰石与有机质结合。煤中微量元素Ni和Mo可能主要以有机质结合态存在,其他元素主要赋存在无机矿物中,Si主要以石英形式存在,部分Si和Al以及Li、Cr、Ga和Nb存于黏土矿物中,Fe和Mn以及Cd、Zn、Tl赋存于黄铁矿中;Ca和Mg以及Co主要赋存在碳酸盐矿物中;P、Be、Sr和Ba可能存在磷灰石中;Rb赋存在石盐类矿物中。垂向上看,大同组存在2个沉积旋回,每个沉积旋回由下至上,水动力条件逐渐降低,水体由浅到深,陆源碎屑供给越来越少,这2个旋回间可能经历了较强的地质作用。总体看,在成煤期,随沉积作用的进行,聚煤盆地中碎屑物质输入逐渐减少,活性物质逐渐增加。      

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。     

细菌在黏土矿物表面吸附量测定方法的优化

土壤微生物与矿物的吸附作用在矿物风化过程中具有重要的意义。为了优化细菌在矿物表面吸附量的测定方法,本文以胶质芽孢杆菌和蒙脱石、伊利石、高岭石为实验材料,对吸附在矿物表面的细菌数量的测定方法进行了研究。结果表明,利用茚三酮作为显色剂测定细菌蛋白质含量的方法可以获得可靠的细菌数量;以2000rpm转数离心10min可以有效地将矿物-细菌复合体与游离态细菌、矿物分开;3种矿物对胶质芽孢杆菌的吸附能力大小顺序为:蒙脱石伊利石高岭石;矿物的比表面积、沉淀速率和表面所带电荷数量以及细菌细胞活性是影响吸附量的主要因素;黏土矿物与细菌之间的吸附作用力主要来自阳离子桥。     

模拟有机质—矿质复合体对三氯乙烯的吸附

为了研究土壤中有机质-矿质复合体结合形式对有机污染物吸附的影响, 利用批实验的方法, 对比研究有机质-矿质复合体与无机矿物和腐殖酸简单的混合物对三氯乙烯的吸附.结果表明, 与腐殖酸相比, 高岭石和石英砂吸附三氯乙烯量很小.模拟有机质-矿质复合体吸附三氯乙烯是线性吸附, K_oc值随腐殖酸含量的增加而减小, 并且比纯腐殖酸样品的K_oc值小.有机质与矿质的相互作用影响了有机质的吸附性能.对有机质在复合体中的形态变化进行了分析, 提出了有机质-矿质复合体模型, 并对实验结果进行了合理的解释.      

天然黏土矿物和腐殖酸对纳米乳化油吸持的实验研究

为探讨天然黏土矿物及有机质对纳米乳化油在多孔介质中迁移滞留的影响，本文选取高岭石和蒙脱石这两种黏土矿物以及有机质的典型代表腐殖酸，开展了单一矿物、有机质及有机矿质复合物对纳米乳化油的吸持批实验研究，并运用比表面积全分析、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等技术手段探讨了吸持机理。实验结果表明，介质对纳米乳化油的吸持均符合Freundlich模型；单一矿物及腐殖酸对纳米乳化油的吸持能力表现为：蒙脱石>腐殖酸>高岭石，有机矿质复合样品的吸持能力表现为：蒙脱石-腐殖酸>高岭石-腐殖酸，且均大于其对应的单一样品，出现了“1+1>2”的现象，表明介质组成越复杂，对纳米乳化油的吸持滞留程度越大。进一步分析证实，纳米乳化油主要通过氢键和疏水作用吸持在矿物和腐殖酸表面，表面结构性质是高岭石和蒙脱石吸持过程中的主导因素，因此蒙脱石具有更强的吸持能力，而腐殖酸的吸持主要通过颗粒间聚集作用来实现；对于复合样品，吸持主要通过氢键、配体交换和疏水作用结合来实现。腐殖酸与矿物的复合会增加吸持位点并且增强矿物表面疏水性，从而促进吸持。腐殖酸与纳米乳化油的共吸...     

包气带土壤组成对三氯乙烯的吸附影响研究

有机质和矿物质是包气带土壤中的主要吸附介质,其吸附特性直接影响有机污染物在环境中的迁移、转化等过程。分别采用分析纯石英砂和典型粘土矿物高岭石模拟土壤的原生矿物和粘土矿物,利用批实验的方法研究土壤中各组成部分对三氯乙烯(TCE)的吸附行为。土壤有机质的吸附行为通过全土样和矿物质的对比得出。结果表明,粘土矿物是吸附氯代烃的主要矿物质,原生矿物对氯代烃的吸附量很小;土壤有机质含量和土壤吸附量之间有很好的正相关性;土壤有机碳含量与土壤粘土矿物含量的比值是影响吸附行为的另一重要因素,比值越小,Koc值越大,土壤对TCE的亲和力就越强。由于自然界中的土壤有机质大都与矿物质形成有机质-粘土矿物结合体,据此推测有机质-矿物质结合体会影响有机质的组成和形态,从而对其吸附行为有重要作用。     

桂中坳陷西北部下石炭统岩关组泥页岩储层特征研究:以环页1井为例

桂中坳陷西北部地区下石炭统岩关组泥页岩沉积厚度大,生烃条件好,是页岩气勘探重要的目标层之一。以环页1井为例,通过镜下观察、有机地球化学分析、矿物含量分析、物性分析和等温吸附实验,分析了岩关组泥页岩的有机地球化学特征、岩石矿物学特征、储集特征和含气性特征。结果表明,岩关组泥页岩有机质类型属于Ⅰ~Ⅱ1型,总有机碳质量分数平均为1.34%,热演化程度(Ro)较高,平均达3.03%。矿物成分以石英、方解石和黏土矿物为主,具有高石英、低黏土矿物、低碳酸盐矿物的组成特征,脆性矿物含量高,黏土矿物以伊利石为主,已进入中成岩B期。泥页岩主要发育黏土矿物层间孔、有机质孔及微裂缝,具有良好的储、渗条件。泥页岩具有低孔低渗的特征,w(TOC)、石英含量和孔隙度三者之间存在着良好的正相关性,碳酸盐矿物成分的增多导致孔隙度降低,增多的伊利石和高岭石对孔隙度有贡献作用。甲烷吸附气含量平均为1.16m3/t,泥页岩甲烷吸附量随着孔隙度的增加而增加,w(TOC)和Ro共同影响着泥页岩的吸附能力,过高的成熟度降低了泥页岩的吸附能力。     

高岭石和埃洛石-7Å对稀土元素吸附特征的实验研究

针对赣南风化淋积型稀土矿中稀土元素的分异现象,通过研究该稀土矿的主要矿物成分——高岭石和埃洛石-7的矿物特征及其在不同条件下的吸附特征,探讨了该类型稀土矿的成矿机制和稀土元素分异机理。高岭石和埃洛石-7吸附稀土元素的能力受体系p H值以及金属阳离子钾、钠的的影响,且埃洛石-7吸附稀土元素的能力高于高岭石。横向对比实验结果表明当体系中赋存有K+时,两种粘土矿物对稀土元素的吸附呈现出分化趋势,其中高岭石主要吸附中-重稀土元素,埃洛石-7反之,因此风化淋积型稀土矿风化过程中释放出的K+可能会使高岭石和埃洛石-7呈现出差异吸附特征,进而反过来影响稀土矿中稀土元素的配分。     

陆相湖盆沉积有机质富集机理研究进展

有机质富集机理的研究对于寻找优质烃源岩、评价盆地的含油气远景具有重要的意义,尤其在日益受到人们重视的页岩气、致密气、油页岩等非常规资源的勘探开发影响下,其研究就显得愈来愈重要和紧迫。而有机质富集机理总体研究程度并不高,对于陆相湖盆有机质的研究相对更为薄弱。以陆相湖盆为研究对象,开展大量国内外关于有机质富集机理的调研,从有机质的生产、有机质分解与保存、有机质的稀释作用三个方面系统总结了陆相湖盆有机质富集的控制因素,并对湖泊与海洋有机质形成的差异性进行了对比分析。研究表明,湖盆有机质的生产受地区光照率、营养盐供给、湖盆地貌、气候环境、湖泊水介质条件、藻类季节性勃发、自养型细菌等的影响;有机质分解与保存受水体分层、细菌生物、无机矿物、水介质条件、黏土矿物、沉积速率等的影响;有机质的稀释作用受沉积速率的影响,并最终得出湖盆中有机质的含量实际上是“有机质生产-有机质分解-有机质稀释”三者相互作用的结果。提出今后值得进一步关注和亟待深入研究的两个方向:自养型细菌在何种环境条件下可以创造高有机质生产力以及不同的水介质条件对有机质分解与保存的影响。     

Adsorption of natural dissolved organic matter at the oxide/water interface

Natural organic matter is readily adsorbed by alumina and kaolinite in the pH range of natural waters. Adsorption occurs by complex formation between surface hydroxyls and the acidic functional groups of the organic matter. Oxides with relatively acidic surface hydroxyls, e.g. silica, do not react strongly with the organic matter. Under conditions typical for natural waters, almost complete surface coverage by adsorbed organic matter may be expected for alumina, hydrous iron oxides and the edge sites of aluminosilicates. Potentiometric titration and electrophoresis indicate that most of the acidic functional groups of the adsorbed organic matter are neutralized by protons from solution. The organic coating is expected to have a great influence on subsequent adsorption of inorganic cations and anions.     

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Cu^2+,Pb^2+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Cu^2+,Pb^2+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Cu^2+,Pb^2+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。     

Parameters controlling the partitioning of tributyltin (TBT) in aquatic systems

In the present study the distribution of TBT between solid and water phase as a function of several parameters was determined. Two types of clay minerals (Na-montmorillonite SWy and kaolinite KGa) and quartz sand were used as sorbents in conventional batch experiments. Sorption coefficients (K_d) followed the order montmorillonite (89 l/kg) > kaolinite (51 l/kg) > quartz (25 l/kg), while for sorption coefficients normalized to the surface area (Kd′) an opposite trend was observed, with the lowest value determined for montmorillonite (2.79 × 10⁻³ l/m²) and the highest for quartz sand (8.04 × 10⁻² l/m²). The results demonstrate that numerous environmental parameters influence the adsorption process of TBT, such as solid/solution ratio, clay content and salinity. Another important factor governing TBT adsorption is pH, because it affects both the TBT species in the water phase as well as the surface properties of the mineral phase. The maximum of TBT adsorption onto clays was always around pH 6–7. According to the data, it is evident that the content of organic matter in the solid phase plays an important role on TBT adsorption, either as particulate organic matter (POM) or organic matter adsorbed to mineral particles (AOM). Experiments were carried out with well characterized organic matter and the results showed a linear increase of K_d from 51 up to 2700 l/kg upon the addition of 5% of particulate organic matter to pure phased kaolinite. TBT adsorption onto mineral surfaces, which were previously enriched with adsorbed organic matter, was investigated at different pH. The present study points to the importance of identifying and characterizing sorbents and envrionmental conditions, in order to predict and model TBT distribution in natural systems.     

陆架边缘海环境下金属元素与有机质富集关系探讨

陆架边缘海是“河口—陆架”体系重要的碳汇,黏土矿物作为主要载体将有机质与金属元素吸附于表面或层间,通常表现为粒度、有机质和金属元素含量之间高度正相关。本文通过分析南黄海中部沉积物粒度、总有机碳、主微量元素,探讨三者之间分布特征和相互关系,进一步开展金属元素、有机质与黏土矿物吸附模拟实验,结果表明,酸性条件（pH=4）下适量的金属离子（Zn2+、Ni2+、Pb2+）明显促进伊利石对腐殖酸（有机质主要组成部分）吸附,腐殖酸吸附量达到20.06 mg/g,其中金属离子加入使腐殖酸吸附量提高6.25%;同时碱性条件（pH=8）下金属离子也能够促进伊利石对腐殖酸吸附,腐殖酸吸附量达到15.7 mg/g,金属离子加入使腐殖酸吸附量提高38.9%。金属离子的阳离子键桥作用促进伊利石吸附腐殖酸,且酸性环境下腐殖酸的吸附量高于碱性环境。证实了陆架边缘海背下金属元素的参与对黏土矿物吸附腐殖酸具有明显促进作用,有利于在全球碳循环过程形成边缘海“碳库”,同时海洋酸化可能造成海洋溶解有机质降低和重金属离子浓度升高,对陆架边缘海海洋生态系统平衡构成威胁。     

铁在含水层介质中的沉积行为研究

为分析铁在含水层介质中的沉积行为,以石英砂为实验材料,研究了铁在石英砂表面的吸附规律,并对接触时间、铁浓度、腐植酸、钙离子等对沉积过程的影响进行了探讨。结果表明:铁在石英砂上的沉积是单分子层沉积,且沉积过程符合准一级动力学模型。低浓度腐殖酸会促进铁在石英砂上的沉积,但受络合作用影响,增加腐植酸浓度会减少铁在石英砂上的沉积。当水中存在阳离子Ca2+和阴离子SO42-时,会促进铁的沉积,NO3-离子的影响较小,而高浓度F-离子会阻碍铁的沉积。     

Modeling humic acids transport in a bauxite profile: Los Pijiguaos, Venezuela

Los Pijiguaos bauxite deposit is located in Southern Venezuela, in a tropical rain forest environment. Among the various impurities during the bauxite processing (Bayer process), organic matter compounds present in Bayer liquor can slow the rate of alumina precipitation, and reduce product yield and quality. Soil samples were taken from a 37-m-deep core and the distribution of organic carbon (OC) was investigated as well as its relationship with major oxides Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂ and with the mineral phases gibbsite, hematite, kaolinite and quartz. Each sample was subjected to an adsorption process of humic acids by interaction with solutions of known concentrations. Maximum adsorption capacity was also studied in each mineral separately, which allowed calculation of the theoretical adsorption capacity of each soil sample. Even if concentrations of OC were higher in the first 5 m of the profile (0.2–0.5%), samples exhibited a low adsorption capacity (0.02%), while at depth between 10 and 37 m, samples showed lower OC concentrations (0.03–0.05%), and a larger OC adsorption capacity (0.08%). The model for the adsorption capacity only works between 10 and 30 m of depth, since in the first 10 m the bauxitic profile seems to be saturated in OC, because the concentration of OC is higher than the maximum predicted by adsorption experiments.     

试论有机质与后生砂岩型铀矿成矿作用--以吐哈盆地十红滩地区为例

在很多砂岩型铀矿床中 ,可以发现铀与有机质之间有着密切关系 ,这种关系可以是数理统计意义上的、空间上的或化学的。本文以吐哈盆地十红滩地区砂岩型铀矿为研究对象 ,对有机质在后生砂岩型铀矿成矿中的作用进行了探索。研究区砂岩型铀矿含矿岩系中的有机质属腐殖型 ,其原始母质为陆生高等植物 ,有机质成熟度很低 ,处于热演化作用的褐煤阶段。铀与有机碳的相关性分析和分离实验表明铀成矿富集与有机质关系密切 ,在铀矿石中铀与有机质主要以腐殖酸吸附或腐殖酸盐形式存在。笔者认为 ,在氧化带有机质被氧化破坏 ,形成可溶性的铀腐殖酸络合物淋滤进入地下水 ,在过渡带以腐殖酸盐的形式沉淀下来 ,并造成过渡带矿石中有机碳含量的增高     

Adsorption of Pentachlorophenol onto Oxide and Clay Minerals： Surface Reaction Model and Environmental Implications

The adsorption of pentachlorophenol （PCP） onto quartz, kaolinite, illite, montmorillonite and iron oxides has been investigated by batch equilibrium techniques. The pH-dependent isotherms are curves with peak values, the position of which is at about pH = 5-6 depending on the mineral species. Based on distribution of both speciation of surface hydroxyls on minerals and PCP in solution a surface reaction model involving surface complexation and surface electrostatic attraction is presented to fit the pH-dependent isotherms, and both reaction constants are calculated. The results show that on quartz and phyllosilicate minerals the predominant adsorption reaction is surface complexation, meanwhile both of surface electrostatic attraction and surface complexation are involved on the iron oxide minerals. The reaction constants of surface electrostatic adsorption are usually one to three orders in magnitude, larger than that of surface complexation. The concentration-dependent isotherms can be well fitted by Langmnir equation with the correlation coefficient R〉0.93 for kaolinite and iron oxides. The maximum adsorption is found in the order： hematite 〉 lepidocrocite 〉 goethite 〉 kaolinite 〉 quartz 〉 montmorillonite ≈ illite, which can be interpreted by consideration of both reaction mechanism and surface hydroxyl density. The significant adsorption of PCP onto mineral surfaces suggests that clay and iron oxide minerals will play an important role as HIOCs are adsorbed in laterite or latertoid soil, which is widespread in South China.