铁锰铝氧化物对锑的吸附研究进展

锑(Sb)是一种对人体有毒的重金属元素。近年来由于矿业开采、冶炼与广泛的使用，其污染已经成为了全球性的环境问题。锑的毒性和迁移强烈依赖于它的化学形态和环境氧化还原条件。锑极易被沉积物、土壤中的铁、锰、铝(氢)氧化物和黏土矿物吸附。本文基于前人和作者的已有工作，对铁锰铝(氢)氧化物和黏土矿物吸附锑的热力学、动力学及吸附机制进行了详细综述，对温度、pH、离子强度、共存离子等因素对锑吸附的影响进行了讨论，指出铁(氢)氧化物吸附Sb(III)过程存在的氧化是由氧气导致，而锰(氢)氧化物吸附过程的Sb(III)氧化是由吸附剂中的Mn(IV)离子引起；铝氧化物、黏土矿物对Sb(III)和Sb(V)的吸附较弱；(氢)氧化物对Sb(III)和Sb(V)的吸附分为内层或外层吸附，但结合方式有差异。本文可为铁锰铝复合吸附剂以及吸附过程中Sb同位素的研究提供一定的理论基础。     

残坡积土壤层中铁锰氧化物的吸附特性及其地球化学找矿意义

作者用不同方法研究了粤北某铅锌矿区近矿灰岩风化土壤中铁锰氧化物对微量元素的富集作用。发现铁锰氧化物对Sb、Pb、Cd、Ni等元素具有强烈的吸附作用;对Zn、Cu等21种元素有程度不等的吸附;对Ti、Sr等12种元素不吸附。据此,作者认为在土壤地球化学找矿中,应着重在铁锰结核层和铁锰粘土层取样,或用编提取方法分析铁锰氧化物相的元素含量,强化异常,提高找矿效果。     

氧化锰、氧化铁、氧化铝对砷(Ⅲ)的吸附行为研究

合成了氧化锰、氧化铁、氧化铝三种矿物,以氧化铁、氧化锰为吸附剂研究了pH值、离子强度和时间等因素对吸附As(Ⅲ)的影响,并讨论了氧化锰、氧化铁、氧化铝三种矿物对As(Ⅲ)的饱和吸附容量及等温吸附实验。pH值对氧化锰吸附As(Ⅲ)几乎不影响,对氧化铁吸附As(Ⅲ)在很大的范围内(pH为3.5~8.5)影响不大,离子强度对二者吸附As(Ⅲ)的影响不大,吸附反应在0.5 h左右达到吸附平衡。在优化吸附条件下氧化锰、氧化铁、氧化铝对As(Ⅲ)的饱和吸附容量分别为48.38 mg/g、23.70 mg/g、3.52mg/g,三种合成矿物对As(Ⅲ)的饱和吸附容量:氧化锰氧化铁氧化铝。对实验数据进行Freundlich和Langmuir拟合,相关系数R均在0.98以上,吸附动力学符合Lagergren二级速率方程。     

淋溶条件下石英砂柱中铁锰氧化物的形成特点

用不同浓度铁锰离子混合溶液对石英砂柱进行40次淋溶实验,研究砂柱中铁锰氧化物的形成状况.结果表明,淋出液中铁锰离子浓度与其pH值随着淋溶次数的增加呈现先降低后升高的趋势;各处理所形成的铁锰氧化物含量之间存在极显著差异,淋溶液中铁锰离子浓度越大,形成的铁锰氧化物含量越高,当淋溶液中铁锰摩尔浓度比即c(Fe2+)/c(Mn2+)为2∶1时最有利于铁锰氧化物的形成;随着淋溶次数的增加,铁锰氧化物含量的增长逐渐减慢;不同层次铁锰氧化物含量差异显著,下层(20～30 cm)含量明显高于其它层次;各阶段(每淋溶10次为一阶段)不同形态(非晶形态、晶形态)铁锰氧化物含量间的相关性存在差异,铁锰氧化物尤其是非晶形态的相对比例(Fe/Mn)随着淋溶次数的增加逐渐增大.     

河套平原沉积物中铀的赋存形态及其与地下水铀浓度的关系

采用Tessier的五步提取法,对位于河套平原杭锦后旗沙海乡四个钻孔沉积物进行铀的五个赋存形态(包括可交换态、碳酸盐吸附态、铁锰氧化物吸附态、有机物或硫化物吸附态和基质态)分布特征研究。结果发现,铁锰氧化物结合态铀含量为0.140~0.328 mg/kg,占总铀量的34.7%;基质态中铀的含量为0.256~0.405 mg/kg,占44.0%。对于铁锰氧化物结合态,铀含量与铁、锰含量呈正相关性,其中铀与铁线性相关系数0.311~0.482,铀与锰线性相关系数0.506~0.642。表明,沉积物中锰氧化物对铀含量的影响大于铁氧化物对铀含量的影响。进一步研究发现,沉积物岩性对铀含量的影响较大,总铀在细砂中平均含量为0.088 mg/kg,在黏土中平均量为0.260 mg/kg。不同深度地下水中铀浓度和沉积物铀含量的研究表明,随深度增加,地下水中铀浓度与含水层沉积物中铀含量均呈降低的趋势。地下水中铀浓度受含水层中可交换态铀含量的直接影响。     

茶园土壤不同形态镍的含量及其影响因素

通过自然茶园土壤采样和室内实验分析,探讨浙江、江苏和安徽13个茶园土壤镍的污染状况、形态分布规律以及不同形态镍的含量与土壤镍总量和土壤理化性质的关系。结果表明：部分茶园土壤受到不同程度的镍污染;茶园土壤镍的形态分布有一定差异,按镍的含量多少排序,一般为残渣态＞交换态＞铁锰氧化物结合态＞有机结合态＞碳酸盐结合态;除了交换态以外的所有其他形态的镍含量均随土壤镍含量的增加而显著增加;碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和残渣态镍含量随土壤pH的升高呈显著增加趋势,而交换态镍则呈减少趋势,但不显著;随土壤有机质含量的增加,铁锰氧化物结合态镍显著减少,而其他形态增加或减少的趋势均不显著;碳酸盐结合态、有机结合态和残渣态的镍含量均随阳离子交换量的增加显著增加;随粘粒含量的增加所有形态中的镍呈增加趋势,但除了残渣态外增加趋势均不显著。     

铁锰氧化物对苯酚氧化降解的实验研究

为了考察铁锰氧化物对酚类污染物的氧化降解能力,采用天然以及合成的铁锰氧化物对苯酚的氧化降解进行对比实验研究。土壤中铁锰氧化物样品分别为天然针铁矿及氧化锰,合成铁锰氧化物样品分别为合成针铁矿及软锰矿。结果表明：苯酚与铁锰氧化物发生氧化还原作用时,还可能与土壤中杂质发生吸附等作用;铁锰氧化物还原反应强度随着反应介质pH值的升高而迅速下降;可用零级反应动力学方程拟合铁氧化物还原溶解反应,针铁矿溶解反应的强度与介质的pH值呈负相关关系;天然针铁矿对酚类污染物的氧化降解能力明显高于合成针铁矿,pH值对天然针铁矿溶解反应影响较大;可用一级指数衰减方程拟合锰氧化物还原溶解反应,锰氧化物溶解反应的强度与介质的pH值呈指数衰减关系;pH值对软锰矿还原溶解反应的影响大于对土壤中氧化锰的影响,pH值越小,影响越显著;对比pH值对铁和锰还原作用的影响发现,在pH=6.5时,锰氧化物仍有较强的氧化性能。     

华中地区几种土壤铁锰胶膜及其基质中某些元素的地球化学特点

通过对华北地区几种土壤和胶膜中某些性质及元素的相关分析和因子分析。比较了铁锰胶膜和基质土壤的性质及元素含量之间的关系。研究表明，（1）铁锰胶膜的pH值，粘粒含量，K2O,Na2O,MnO2，非晶质铁，铁的活化度，微量元素等的含量均比基质土壤的高，且差异显著；（2）铁锰胶膜富集重金属元素，Co,Ni,Cu和Zn等元素主要富集于胶膜的氧化锰矿物中，而Pb主要富集在氧化铁矿物中；（3）Mg在铁锰胶膜的形成过程中进一步淋溶，以致含量减少。     

几种亚热带土壤铁锰胶膜和基质的表面化学特征

以我国亚热带的黄褐土、黄棕壤和红壤为材料,研究了土壤铁锰胶膜和其基质的表面化学性质及其对重金属元素的吸附和氧化特点。结果表明,与基质土壤相比,铁锰胶膜的比表面积大,电荷零点(PZC)低,这与其富含粘粒、有机质和铁锰氧化物等有关;铁锰胶膜经脱锰处理后,比表面积明显降低。由盐滴定-电位滴定(STPT)法测得黄褐土、黄棕壤、红壤基质的PZC分别为3.13、3.65和3.90;黄棕壤和红壤铁锰胶膜的PZC分别为3.26和3.42。铁锰胶膜对Pb2 、Cu2 、Cd2 和Zn2 的吸附和对Cr3 的氧化能力比基质的强。铁锰胶膜经脱锰处理后,对Pb2 、Cu2 、Cd2 和Zn2 的最大吸附量比未处理时降低了53%～100%;其氧化Cr3 生成Cr6 的量比铁锰胶膜的降低了87%～100%。说明黄褐土、黄棕壤和红壤的铁锰胶膜中,氧化锰是吸附重金属离子和氧化Cr3 的主体。     

水成型铁锰成矿的纳米成因研究进展

新生代深海铁锰矿床的大规模成矿是地质历史上特有的现象,其形成的海底铁锰结核/结壳因富含巨量的有用金属而备受关注。水成型铁锰成矿的胶体成因模型自20世纪90年代中期提出以来已被广泛接受并采用。随着近20年来纳米地球科学的迅速发展,人们意识到纳米颗粒作为胶体的最小部分,能够以其独特的性质显著影响铁锰成矿过程。通过总结已有研究,发现铁氧化物与锰氧化物会以纳米颗粒的形式普遍共存于多种表生地质环境,还证实了水成型铁锰结核/结壳中的主要铁锰矿物（如水羟锰矿和水铁矿）都是纳米颗粒。铁氧化物纳米颗粒对二价锰[Mn(Ⅱ)]的表面催化氧化可能是水成型铁锰矿物通常在纳米尺度密切共生的原因。此外,在铁锰结壳中还观测到大量在以往研究中被普遍忽视的三价锰[Mn(Ⅲ)]矿物,其含量在结壳顶部最高,随深度增加逐渐下降,四价锰[Mn(Ⅳ)]矿物的含量则呈相反的变化趋势。不同价态锰氧化物纳米颗粒的表面能差异导致Mn(Ⅲ)矿物在Mn(Ⅱ)的氧化过程中最先沉淀,并可能在沉淀之后逐渐转化为Mn(Ⅳ)矿物。相信随着纳米地球科学与高精度原位实验技术的发展,必将不断深化对海水铁锰循环及海底铁锰成矿的认识。     

几种铁（氢）氧化物对溶液中磷的吸附作用对比研究

铁(氢)氧化物不仅是土壤中广泛存在的矿物,也是重要的矿物资源。表生地质作用形成的针铁矿、赤铁矿和无定形氢氧化铁都具有纳米尺度,具有很高的表面积,表现出对磷的专性吸附,是低浓度磷的潜在吸附材料。本文通过铁(氢)氧化物对水溶液中磷酸根的等温吸附实验,初步对比研究了针铁矿、合成氧化铁黄、赤铁矿和无定形氢氧化铁对水中低浓度磷的吸附作用。结果表明,无定形氢氧化铁对水溶液中磷酸根的吸附能力最强(对低浓度磷的吸附达到5.5mg/g),其次是氧化铁黄和针铁矿,赤铁矿的吸附能力最差。几种铁(氢)氧化物对磷吸附容量的差别主要受比表面积控制。无定形氢氧化铁、合成氧化铁黄、针铁矿、赤铁矿对磷的吸附符合Freundlich等温方程。针铁矿和赤铁矿对磷的吸附动力学符合双常数速率方程。     

武汉黄棕壤铁锰氧化物胶膜的矿物学特征研究

铁锰氧化物矿物胶膜是我国黄棕壤中重要的铁锰元素富集载体,选取我国华中地区典型的铁锰氧化物矿物胶膜样品,采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、偏光显微镜(POM)、环境扫描电子显微镜(ESEM)、能谱仪(EDX)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、高能量X射线粉末衍射(XRD)等研究方法,对原位和分离处理后的黄棕壤铁锰胶膜进行了详细的矿物学表征.结果表明,黄棕壤铁锰氧化物矿物胶膜由表及里,由外到内依次呈现富锰条带、富铁锰条带、富铁条带、富锰铁条带、富铁条带,并且锰铁元素含量之比不规则降低,其所含铁锰氧化物矿物主要为锰钡矿、针铁矿、水钠锰矿、六方水锰矿、水羟锰矿,粒度为纳米级,形貌多样.     

喀斯特石漠化地区土壤Fe组成及其发生学意义

土壤中氧化铁的组成反映了土壤的成土过程和环境条件。通过对西南喀斯特石漠化地区不同石漠化阶段山地自然土壤和农田土壤Fe组成的分析,研究了土壤全铁、游离氧化铁和非晶形氧化铁的分布规律,探讨了喀斯特地区石漠化土壤的发育过程和Fe的指示作用。研究表明:①喀斯特地区土壤表层全铁含量在38.9～53.9g/kg之间,游离氧化铁含量在18.0～26.7g/kg之间,铁游离度在44.1%～73.4%之间,铁活度在7.2%～11.4%之间。②随着石漠化程度的加剧,土壤游离氧化铁和铁游离度呈增加的趋势,而铁活度呈降低的趋势。③在土体分布上,自然土壤剖面随深度的增加,土壤铁游离度和铁活度呈明显降低的趋势,而农田土壤铁游离度呈增加的趋势。④喀斯特地区的土壤是石灰岩溶蚀风化的产物,人为活动干扰下的自然土壤石漠化过程是在水力作用下的表土侵蚀过程,而农田土壤受水分垂直运动的影响,是土壤丢失的过程。     

影响向海湿地草根层土壤吸附铅、镉能力的因素

利用向海湿地采集的草根层土壤进行吸附铅、镉的热力学实验,结果表明草根层土壤吸附铅、镉的过程符合Langmuir和Freundlich等温吸附曲线(n=8,p=0.01).吸附铅、镉存在干扰吸附现象,吸附铅的能力约是吸附镉的能力的3倍.而且草根层土壤吸附铅、镉的最大吸附量与土壤中的有机质和铁、锰氧化物含量存在着正相关性.土壤的理化性质是影响土壤吸附铅、镉能力的内在主要因素;pH等是影响草根层土壤吸附铅、镉能力的外部主要因素.     

共存铁和锰氧化物氧化和固定Ce(Ⅲ)的机制

该研究通过批次和动态实验，考查含锰褐铁矿和合成针铁矿对Ce(Ⅲ)的氧化和固定作用，并在此基础上探讨共存铁和锰氧化物氧化和固定Ce的机制及地质意义。批次实验结果显示，含锰褐铁矿对Ce的氧化和固定有重要促进作用，在初始Ce浓度为6000μg/L，含锰褐铁矿添加量为1 g/L时，可在48 h实现对Ce的完全固定；初始Ce(Ⅲ)浓度在300～4500μg/L时，含锰褐铁矿对Ce(Ⅲ)氧化和沉淀的促进作用与Mn含量正相关，而合成针铁矿相对于无矿体系体现出抑制效应。动态实验结果显示，对高锰褐铁矿固定的Ce，其分布不受锰氧化物的制约，与铁氧化物的分布一致。对结果的分析表明Ce氧化和沉淀的过程为：吸附—氧化—CeO₂沉淀生成—CeO₂自催化氧化Ce(Ⅲ)；锰和铁氧化物共存时，对Ce氧化和固定的贡献分别是：前者促进Ce氧化，后者通过静电吸附作用促进CeO₂的固定。研究对于解释“锰氧化物氧化Ce(Ⅲ)的能力强于铁氧化物，但二者共存时铁氧化物更易于固定Ce”这一地质现象有一定启示意义。     

富钴铁锰结壳的控矿要素和成矿过程:以西太平洋为例

富钴铁锰结壳(简称富钴结壳)是产出在海山、岛屿斜坡及海底高地上的一种潜在新型矿产资源,由铁锰氧化物和氢氧化物组成,富含Co、Ni、Zn、Pb、Ce、Pt、REE等金属元素,其中Co的平均含量较陆地原生钴矿高几十倍.     

江汉平原高砷含水层沉积物地球化学特征

选取江汉平原典型地下水砷中毒区仙桃市沙湖原种场为研究区,对3个长50m的钻孔沉积物砷含量与赋存形态及其他化学组成进行了分析。结果表明区内沉积物砷质量分数为1.35~107.5mg/kg(平均值为12.8mg/kg)。黏土或亚黏土层中砷含量较高,这与细粒沉积物中铁锰氧化物、黏土矿物对砷的吸附有关。地下20m左右深度内含水层沉积物中砷含量最高,相应地下水中砷质量浓度高达到1 000μg/L。草酸-草酸铵选择性提取结果指示沉积物中10%~77%(平均38%)的As与无定形铁氢氧化物结合,表明无定形铁氢氧化物还原性溶解可能是控制砷释放与还原的主要地球化学过程,并且有机质生物氧化机制极大地促进了该过程。然而,沉积物中仅1.2%~23%的铁被草酸-草酸铵提取,含水层中砷浓度主要受铁的氢氧化物还原性溶解影响,但其他形式的铁、有机物的吸附作用亦控制着砷的含量。     

贵州平坝白云岩风化壳稀土超常富集层中稀土赋存状态的研究

以平坝白云岩风化壳剖面为例,主要利用化学连续提取的方法,结合透射电镜的分析,对碳酸盐岩风化壳岩-土界面附近的稀土超常富集层中REE的赋存状态进行了研究,获得了REE在水溶态及可交换态(相态Ⅰ)、碳酸盐结合态及专性吸附态(相态Ⅱ)、非晶质氧化铁锰结合态(相态Ⅲ)、晶质氧化铁锰结合态(相态Ⅳ)、有机质及硫化物结合态(相态Ⅴ)和残渣态(相态Ⅵ)等6种相态的含量及变化规律.结果表明,REE在富集层中主要以专性吸附态、残渣态和有机态为主.风化前缘可溶态稀土所占比例较高,为稀土在风化壳中的迁移、转化提供可能;基岩中原生含磷稀土矿物的风化产生的稀土磷酸盐矿物的聚集导致了残渣态稀土大量存在于风化前缘;此外,由于风化淋溶的不断进行,可溶态的REE在高的pH值条件与剖面中的有机质、铁锰氧化物和粘土矿物共同作用下沉淀、富集,也导致了风化前缘稀土的超常富集.     

土壤热磁组分形貌特征及元素富集方式

利用光学显微镜和带能谱的扫描电子显微镜（SEM）等方法研究了土壤热磁组分的形貌特征、结构、表面性质及矿物组成,并与化学分析相结合,探讨了土壤热磁组分对矿化指示元素的富集作用和机理。研究结果表明,土壤热磁组分以铁锰氧化物为主,是由土壤中非晶质铁锰氧化物转化而来的。通过对土壤、土壤热磁组分、土壤非磁性组分中铁锰氧化物与成矿及其伴生元素的相关关系分析,证实了土壤热磁组分对矿化指示元素的富集作用,为深化土壤热磁组分测量方法的基础理论提供了依据。对比试验结果表明,土壤热磁组分测量较常规土壤测量具有更强的发现由深部矿体引起的微弱矿化信息的能力。     

吉林西部土壤铁形态分布及其与土壤性质的关系研究

对吉林西部三个主要农牧区(洮南市、通榆县和乾安县)50个表层土样进行测试,探究其土壤铁形态分布及其与土壤性质的关系。研究结果表明,其土壤铁形态的含量分布为:残渣态铁(A)铁锰结合态铁(B)腐植酸结合态铁(C)碳酸盐态铁(D)强有机结合态铁(E)水溶态铁(F)离子交换态铁(G),主要以A形式存在,且全铁平均含量均低于中国铁元素背景值。A与阳离子交换量(CEC)呈极显著正相关,B与p H值呈极显著正相关,C、E与有机质呈极显著正相关。A与土壤矿质元素的关系最为密切,C、D、G次之。各形态铁之间,B、C、D两两呈极显著正相关,其他形态铁彼此间关系不大。