不同初始Fe(Ⅱ)浓度对施威特曼石生物合成的影响

施威特曼石(schwertmannite)已被证实是一种具特异性能的重(类)金属吸附新材料,生物方法合成的施威特曼石由于具备较好的表面吸附性能而受到更多关注。本文通过接种有嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans)的FeSO4-H2O矿物合成体系,研究了不同初始Fe2+浓度对Fe生物转化成施威特曼石效率的影响。结果表明,在Fe(Ⅱ)浓度(FeSO4.7H2O配制)设计为20、40、80和160 mmol/L,接种A.ferrooxidans菌密度达到6.0×107个/mL时,本实验条件下矿物重量y(g)与初始Fe2+浓度x(mmol/L)的关系为y(g)=0.036 67+0.008 520x-8.602.10-6x2;溶液TFe沉淀率y(%)与初始Fe2+浓度x(mmol/L)的关系为y(%)=39.68-0.221 0x+6.653.10-4x2。反应后期溶液中大量残留Fe3+在满足饱和指数SI>0的条件下不能析出矿物沉淀,进一步分析表明,Fe3+水解形成施威特曼石的可能机制是利用了Acidithiobacillus ferrooxidans菌氧化Fe2+释放的能量才得以实现,当Fe2+完全氧化不再供应能量时,Fe生物转化成施威特曼石的反应也达到了最大限度。     

氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿的氧化作用初探

利用自行分离培养的氧化亚铁硫杆菌(A.f菌)为实验菌株,比较了黄铁矿化学氧化和生物氧化过程中溶液铁离子浓度的变化。研究发现,Fe3 对黄铁矿的氧化速率较低,而在细菌的作用下可以不断将Fe2 氧化成Fe3 使得黄铁矿的氧化速率明显加快,因此生物氧化具有更高的效率。经过44 d的氧化之后,利用扫描电镜对氧化后的黄铁矿表面进行了显微观察,发现Fe3 的化学氧化主要集中在化学键较弱的晶棱部位,而在生物氧化的情况下矿物表面充满了密集的溶蚀坑,溶蚀坑的形状与A.f菌的外形非常相近,且规则排列。这说明A.f菌能够吸附到黄铁矿表面,并且这种吸附具有定向排列的特点。     

粤北大宝山多金属矿酸性矿山废水中氧化亚铁硫杆菌对黄铁矿的生物氧化作用研究

利用从大宝山尾矿库酸性矿山废水培养得到的氧化亚铁硫杆菌(A.f.菌)和废矿石中的黄铁矿进行不同pH值条件下加菌和不加菌氧化实验。通过测定实验过程溶液的阳离子、硫酸根离子含量和pH值,并通过实验固体产物的XRD分析和反应前后黄铁矿表面的扫描电镜(SEM)对比分析,探讨了大宝山酸性矿山废水中的A.f.菌在不同pH值条件下对黄铁矿的氧化作用。认为:大宝山黄铁矿氧化过程中除了产生Fe离子之外,还产生了Cd、As等毒性离子,黄铁矿在pH值为2.00的环境下比pH值为3.00的环境下更容易被氧化;A.f.菌对黄铁矿的氧化有明显的促进作用,在实验条件的30d内使黄铁矿的表观氧化速率提高2～3倍;黄铁矿的生物氧化作用应该包括非接触的间接氧化作用和接触氧化作用。     

氧化亚铁硫杆菌与毒砂相互作用的阶段性及其机理研究

设计了毒砂的生物氧化和化学氧化两组对比实验,并对反应35d的溶液化学、固相产物成分和矿物表面元素化合态变化进行了分析,以说明氧化亚铁硫杆菌（A．ferrooxidans）与毒砂的相互作用机理。研究发现,毒砂的生物氧化过程随A．ferrooxidans菌生长规律分为三个阶段：（1）反应前7d,生物氧化作用还很弱,以自然氧化反应为主;（2）反应8～21d,生物氧化反应开始发生,细菌进入迟缓生长期;（3）反应22～35d,细菌处于对数生长期,生物氧化作用强烈。由离子浓度变化规律反映,前两个阶段生物氧化速率低于化学氧化,第三阶段起生物氧化速率高于化学氧化。细菌生长受溶液累积的As抑制,A．ferrooxidans菌能促进As和Fe形成砷酸铁沉淀,以降低As的抑制作用。毒砂表面高价态元素的比例随细菌生长和溶液Fe离子浓度的升高而增大,生物氧化第三阶段毒砂表面高价态元素的比例高于化学氧化。氧化过程中毒砂表面覆盖中间氧化产物S^0和As2S3沉积层,对比化学氧化,Aferrooxidans菌能不断把Fe^2＋氧化成Fe^3＋,促进毒砂表面中间产物氧化,并间接氧化毒砂。     

天然褐铁矿的光电化学响应及对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌生长的影响

通过对比实验研究了天然褐铁矿对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.f.)生长的影响.利用X射线衍射分析(XRD)确定实验中所用天然褐铁矿样品的主要物相为针铁矿和赤铁矿,紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和不同光照条件下的时间电流曲线表明天然褐铁矿在可见光下具有良好的光电化学响应.采用"H"型装置进行双室体系反应,设置了3组对比实验,结果显示A.f.在有光催化电子传入情况下生长较好,在96 h内细胞浓度增加了12倍,3组实验中Fe2+浓度的变化规律与A.f.的生长趋势相对应.由此揭示了天然褐铁矿促进A.f.生长的机制为:在光照作用下天然褐铁矿能产生光生电子-空穴对,光生空穴被电子供体(抗坏血酸)捕获,分离出的光生电子传入阴极室能够将Fe3+还原为Fe2+,实现Fe2+的电化学再生,提供充足的电子能量来源,促进细菌生长.     

混合碱熔-离子选择电极法测定钨尾矿的氟含量

钨尾矿中氟含量的测定目前还没有相应的标准方法,为了能够准确测定钨尾矿中氟含量,本实验对混合碱熔-离子选择电极法测定钨尾矿中氟含量的熔剂类型和用量、熔融温度、熔融时间、总离子强度调节缓冲溶液用量、溶液澄清时间、共存元素干扰等实验条件进行了探讨,确定了最佳实验条件：称取试样0.10 g,加入1 g过氧化钠-3 g氢氧化钠混合熔剂,于650℃熔融15 min,冷却后热水浸提熔融物,静置过夜分取10 mL清液,加入15 mL总离子强度调节缓冲溶液定容至50 mL后测定。干扰实验表明：50 mL测定溶液中含有15 mL总离子强度调节缓冲溶液时,质量浓度不大于25 mg/L的Al³⁺、30 mg/L的Fe³⁺、25 mg/L的Ca²⁺、5 mg/L的Mg²⁺、10 mg/L的Zn²⁺对质量浓度为1.4 mg/L的F^-测定影响可以忽略不计。实验结果表明,标准曲线线性相关系数为0.9998,方法检出限为0.001 6%,相对标准偏差(n=7)为0.58%～1.35%,加标...     

利用金矿尾砂制备矿物聚合材料的实验研究

利用北京平谷金矿尾砂、变高岭石、NaOH、KOH和水玻璃制备了矿物聚合材料 ,正交实验结果表明 35℃时的优化条件为尾砂含量 80 %～ 82 5 %、固 /液比 4 3～ 4 7、水 /碱比为4～ 5 (均为质量比 ) ,升高温度、延长固化时间及室温放置时间均会使矿物聚合材料的抗压强度显著提高。将金矿尾砂制备成矿物聚合材料 ,可使部分CN-转化成无害的CO2 -3 和H2 ,其他则以夹持 (物理 )方式固定下来 ;当存在Fe2 +或Fe3+离子时 ,CN-以氰化铁的化学方式固定下来。该矿物聚合材料在 1mol/L的HCl溶液中浸泡 30d ,质量损失 5 6 % ,结构完好 ,表现出良好的抗酸性。在 6 0℃下固化 2 4h ,室温放置 6d后抗压强度为 2 2MPa ;在 6 0℃下固化72h ,抗压强度为 36 6MPa。该研究为金矿尾砂的利用提供了一条新途径。     

化能自养型微生物利用太阳能途径的实验研究

针对自然界中天然半导体矿物和化能自养微生物之间的能量交换途径进行了详细的实验研究.半导体光电化学实验结果显示,天然半导体矿物在光照情况下产生的光生电子可将Fe3+还原为Fe2+,其中金红石光催化还原Fe3+的效率为12.5%,闪锌矿为7.86%,该过程通过天然半导体矿物的日光催化作用实现了太阳光能→电能→化学能的转化;控制电势的微生物电化学反应实验结果显示,化能自养型微生物A.f.菌的细胞增加量与外界电子传入而生成的Fe2+的量呈线性关系,且有外来电子传入实验组的A.f.生长量是无电子传入组的441%,该过程通过菌的生长代谢作用实现了化学能→生物质能的转化.进一步的光电化学和微生物电化学耦合实验结果证明,在太阳光和天然半导体矿物共同作用下,A.f.菌的对数生长期由无光时的36 h延长到72 h,同时细菌的生长在该能量转化过程中得到了明显促进.在天然闪锌矿催化条件下,有光条件的A.f.菌数量增加到无光条件的1.90倍;而在金红石催化条件下,有光条件的A.f.菌数量增加到无光条件的1.69倍.实验结果说明,在以天然半导体矿物为媒介的情况下,化能自养微生物可间接利用太阳能来获得自身的生长繁殖所需的能量,这一过程也实现了太阳光能→电能→化学能→生物质能的能量转化途径.     

岩石中铅和锌的分离与测定

将KHSO4加入在小体积(1mL)试液中,以K2SO4·PbSO4复盐形式沉淀分离Pb,再用NH4Ac溶液热提Pb,1mgPb的平均回收率为100.66%;滤液再蒸至1mL小体积,加入NaCl NaOH小体积两次沉淀分离Fe、Ti、Mn等干扰元素,存在于滤液中的Zn平均回收率为100.5%。分离所得的含Pb2+和Zn2+的溶液用EDTA分别进行滴定,测定范围(质量分数,w)由0.5%下延至0.01%;测定结果与极谱法相一致;精密度(RSD,n=10)试验Pb为2.6%,Zn为1.4%。     

一种硼酸盐的新矿物—袁复礼石

袁复礼石是一种Mg、Fe2+、Al和Ti的硼酸盐新矿物，发现于辽宁省宽甸县砖庙硼矿区。该矿物黑色，近不透明，金刚光泽-半金属光泽。反射色亮灰，内反射深红褐色。非均质性弱，偏光色红褐。晶体呈细柱状，O.1×0.2×l mm。晶体化学式为:(Mg0.91Fe2+0.09)(Fe3+0.56Al3+0.19 Mg0.17Ti0.11Fe2+0.10)1.13(B0.92O3.00)O。空间群Pnam, a=9.258(6)A，b=9.351(4)A， c=3.081(2)A，V=266.80(2)A，Z=4。 D=3.80 g/cm3, H=5-6，VHN50=843 kg/mm2，｛100}解理完全。红外光谱吸收谱带为:1387, 1210, 1024, 951, 733, 600, 510和408 cm-1。穆斯堡尔谱证明，以三价铁为主，二价铁较少。Fe3+占据M(1)晶位，Fe2+占据M(1)和M(2)晶位。袁复礼石为硼钛镁石的富Fe3+类似物。     

As(Ⅴ)对嗜酸性氧化亚铁硫杆菌混合培养物氧化性能的影响

通过对pH、Eh、溶液中Fe2+浓度的定期监测以及对实验结束时生成沉淀的XRD、SEM和元素能谱扫描等手段,对比研究了不同初始浓度的As(Ⅴ)对Fe2+的化学氧化和嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)氧化的影响, 同时就As(Ⅴ)在实验体系中固液相之间的分配行为进行了分析.结果表明,Fe2+的化学氧化速率极低,最终氧化率低于8%,As(Ⅴ)的浓度对Fe2+的化学氧化没有影响.有A. ferrooxidans的实验体系,100 mg/L As(Ⅴ)对Fe2+的氧化具有一定的促进作用.当As(Ⅴ)浓度为500 mg～1 g/L时,Fe2+的氧化率在约60 h左右即可达到100%;但4g/L的As(Ⅴ)则会明显抑制Fe2+的氧化,Fe2+的完全氧化大约需要106 h.体系中初始的100 As/(As+S)(摩尔比)会对沉淀物的物相及结晶程度造成一定影响.As(Ⅴ)浓度为0 g/L时,微生物体系中生成的固体沉淀物黄钾铁矾的特征峰明显,随着As(Ⅴ)浓度的提高,沉淀物的结晶程度逐步下降,至4 g/L时沉淀物全部为无定形.元素能谱扫描检测到有大量的As(Ⅴ)存在于固体沉淀物中,表明在Fe2+的氧化过程中,As(Ⅴ)可能会以吸附或共沉淀的形式被固定在固相沉淀物中,这为酸性矿坑水(AMD)地区As(Ⅴ)污染的治理提供了重要的参考.     

针铁矿-四方纤铁矿-水体系氧同位素分馏的实验研究

针铁矿是非常重要的三价铁氧化物之一,其氧同位素组成对于古环境再造具有很大的价值。以4种不同的铁化合物作为Fe3+离子的源物质,于30～120℃范围内,采用强迫水解方法,在不同同位素组成的水中分别实验合成针铁矿和四方纤铁矿。结果表明,以Fe(NO3)3·9H2O、NH4Fe(SO4)2·12H2O、Fe(SO4)3·7H2O为Fe3+源物质合成的是纯针铁矿,而以FeCl3·6H2O为Fe3+源物质合成的是四方纤铁矿。氧同位素分析显示,在30～120℃范围内实验测定的针铁矿-水体系和四方纤铁矿-水体系氧同位素分馏几乎不可区分,并且满足下列分馏关系:103lnα针铁矿-水=9.59×103/T-26.39103lnα四方纤铁矿-水=8.85×103/T-24.44实验测定的针铁矿-水体系氧同位素分馏不仅与前人实验结果一致,而且与增量方法理论计算相近。由于实验采用不同反应途径得到了一致的分馏结果,因此所测定的针铁矿-水体系氧同位素分馏代表了热力学平衡。     

硫酸盐还原菌及异化铁还原菌对 黄钾铁矾还原作用的对比

选取酸性矿坑水环境中常见的次生含铁硫酸盐矿物———黄钾铁矾[KFe3(SO4)2(OH)6]为研究对象,用硫酸盐还原菌 Desulfovibriovulgaris 和异化铁还原菌Shewanellaputrefaciens CN32对其进行还原实验,探讨作为重金属治理潜在材料的 黄钾铁矾的微生物稳定性.实验采用非增长型培养基,在中性、厌氧、30℃的条件下进行.采用湿化学方法测量水溶液及还原产 生的总Fe2+ ,利用X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)来分析反应后残余固体物质的矿物组成,用扫描电镜(scanning electronicmicroscopy,简称SEM)观察固体残余物的形貌特征.结果表明,没有微生物的参与,黄钾铁矾的稳定性较好.异化铁 还原菌S.putrefaciens CN32和硫酸还原菌D .vulgaris 在营养极其匮乏的中性厌氧条件下均能还原黄钾铁矾晶格中的 Fe3+ ,显示出黄钾铁矾被微生物还原的可能性.S.putrefaciens CN32还原黄钾铁矾晶格中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为0.001mmol·L-1·h-1和0.37%.与S.putrefaciens CN32不同,D .vulgaris 对黄钾铁矾的还原能力较强,不 含有电子穿梭体(Anthraquinone-2,6-disulfonate,简称AQDS)的实验体系中Fe3+ 的最大还原速率和最终Fe3+ 还原率分别为 0.017mmol·L-1·h-1和16.80%,而添加了AQDS的实验体系的则分别达到了0.026mmol·L-1·h-1和24.30%,这可能与 黄钾铁矾中含有SO42- 有关.D .vulgaris 优先还原黄钾铁矾晶格中的SO42- 产生的H2S是强还原剂,也可促进Fe3+ 的还原, 微生物以及H2S的双重作用可能是导致D .vulgaris 体系中Fe3+ 还原率较高的原因.XRD分析表明,黄钾铁矾经过S.putrefaciens CN32的作用,物相没有发生变化;而经过D .vulgaris 作用后,黄钾铁矾的特征峰消失,固相残余物中出现了菱铁 矿(FeCO3)、蓝铁矿[Fe3(PO4)2·8H2O]等次生矿物.由于培养基中没有添加任何的磷酸盐,因此蓝铁矿的出现可能是由于培 养基中添加的少量酵母浸膏降解后产生的磷酸根与D .vulgaris 还原黄钾铁矾产生的Fe2+ 相互作用的结果.这些认识对深入 理解地球表层铁的生物地球化学循环具有重要意义,为矿山环境重金属的污染治理提供了实验依据.      

嗜酸铁还原菌与生物氧化毒砂产物作用过程中砷释放行为

毒砂是常见的含砷硫化物矿物,其化学式为FeAsS,它的氧化还原过程密切与砷的释放和滞留有关。本次研究采用氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)和嗜酸铁还原菌(A.CryptumJF-5)分别代表生物氧化过程和还原过程,将其与毒砂连续作用30 d,从地球化学和次生矿物学角度讨论氧化还原过程对毒砂中砷释放的影响。结果表明,Thiobacillus ferrooxidans与毒砂作用30 d其砷的释放浓度要比非生物条件高3倍,生物氧化作用后的毒砂红外光谱、X射线衍射仪和扫描电镜同时显示出现结晶度更好的黄钾铁矾(KFe_3(SO_4)~2OH)_6。这些氧化蚀变后的毒砂再与A.CryptumJF-5作用30 d,高活性的JF-5(pH=2)要高于低活性的JF-5(pH=3)80 mg/L。这表明还原过程能够引起氧化过程中释放-再固定的砷从次生矿物中释放出来。这些还原次生矿物的红外光谱在793 cm~(-1)波数出现一个弱振动,XPS结果表明微生物还原过程引起砷的价态从As(V)变为As(III)。SEM电镜揭示还原过程引起次生矿物形貌出现明显的变化。     

电位落差法测定砂岩型铀矿氧化还原电位初探

岩石的电位差(ΔEh)控制着变价元素的地球化学行为,对揭示矿床形成机理及普查找矿具有重要意义。本文以重铬酸钾作为氧化剂,采用电位落差法测定砂岩型铀矿的氧化还原电位,系统研究了平衡电位时间、氧化剂浓度及酸度、岩矿样品与氧化剂溶液的固液比及样品浸泡时间对砂岩型铀矿Eh值测定的影响。结果表明:2 g砂岩型铀矿样品在50 mL 0.10 mol/L的1/6重铬酸钾溶液(介质为10%硫酸)浸泡2 h,氧化还原电位仪的电极在溶液中平衡20min后,Eh测定效果最佳。按照实验最优条件测定三个砂岩型铀矿样品的ΔEh,判断矿物氧化还原环境,与氧化系数法相吻合。     

Fe(Ⅲ)供应速率对无定型施氏矿物形成的影响

施氏矿物(schwertmannite)已被证实是一种具特异性能的重(类)金属吸附新材料。但在直接由Fe3+或用强氧化剂氧化Fe2+合成该矿物时,常因夹有黄铁矾类物质而降低产品纯度。通过模拟FeSO4-K2SO4-H2O临界成矾体系,发现在嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)作用下存在无定型施氏矿物和晶型黄钾铁矾的合成反应竞争,其中Fe3+供应速率是一个影响铁矿物形成的重要因素,较低的Fe3+供应可以抑制K+的利用,这种变化趋势对无定型施氏矿物合成是有利的。当存在少量K+等成矾导向离子时,可通过合理调低Fe3+供应速率,有利于溶液中Fe3+平缓释放,改善施氏矿物纯度,这为A.ferroxidans菌生物法中直接使用无机盐培养基合成施氏矿物提供了可能。     

高钾铝硅酸盐物料中K2O含量的测定

为了精确测定分解反应过程中钾的挥发量,结合GB8574-2002,在样品高钾铝硅酸盐物料(钾长石、碳酸钾焙烧熟料,K2O含量大于15%)处理中采用聚环氧乙烷絮凝沉淀Si,新制Ca(OH)2溶液除去Mg2+、Fe2+、Fe3+、Mn2+等其他阳离子,加入碳酸铵稳定溶液pH值以除去Ca2+和Al3+.采用四苯硼钾重量法测定钾含量,测定结果与表样对照,相对误差在0.5%以内.实验表明:利用Ca(OH)2除杂,溶液pH值须控制在10～12;碳酸铵双水解反应后,溶液pH值须控制在7.35左右以除尽Ca2+和Al3+;低温(T＜473 K)蒸发溶液除去NH4+,消除了因生成四苯硼铵沉淀而带来的分析误差.结果表明该方法可以精确测定高钾铝硅酸盐物料的K2O含量,具有成本低、方便快捷、无需大型仪器之优点.     

锌氧化物改性沸石对大肠杆菌的黏附机理

研究了锌氧化物改性沸石(ZMZ)对大肠杆菌的黏附机理,采用荧光倒置显微镜DM IL LED(LEICA)观察加入沸石、氧化锌和ZMZ等的绿色荧光标记大肠杆菌悬液中大肠杆菌的分布情况,采用Zeta电位仪和扫描电子显微镜分析大肠杆菌在ZMZ表面的黏附行为,最后采用平板菌落计数法评价沸石、氧化锌和ZMZ对水中大肠杆菌的去除效率。结果表明:1)在(25±1)°C,0.05 g ZMZ与2.1×10~4CFU/mL大肠杆菌悬液相互作用2 h,大肠杆菌的最大去除效率约为98%;2)ZMZ对大肠杆菌的黏附去除过程符合Freundlich等温模型;3)ZMZ对大肠杆菌的去除过程包含2个步骤,即大肠杆菌通过静电引力黏附到ZMZ表面和大肠杆菌悬液随着黏附过程稳定性下降,大肠杆菌逐步沉降到ZMZ表面,在ZMZ表面形成多层大肠杆菌。     

掺铁二氧化钛薄膜的自组装制备、表征与光催化性能研究

采用自组装方法于低温液相反应体系中成功制备出大尺寸二维纳米二氧化钛薄膜和掺铁二氧化钛薄膜。样品通过荧光发射光谱、拉曼光谱、高分辨透射电镜等方法进行表征,并研究了紫外光和可见光下Fe3+/TiO2纳米薄膜对甲基橙溶液(MO)的光催化降解过程,探讨了Fe3+对TiO2的光催化活性的影响。结果表明,此方法不需要高温煅烧即可得到高催化活性的金红石和锐钛矿混合型二氧化钛薄膜,以金红石为主。Fe3+掺杂明显提高了TiO2对甲基橙溶液的光催化降解效率:掺杂Fe3+浓度为0.5 mmol/L时光催化效果最优,且更利于较低浓度甲基橙溶液的降解,在紫外光和可见光下对初始浓度5 mg/L甲基橙溶液的降解率分别达到98.62%和89.24%。     

甘肃阳山金矿床含砷黄铁矿及毒砂的XPS研究

阳山金矿是西秦岭地区新发现的超大型金矿.载金矿物中元素的赋存状态是认识成矿机理、评价矿床采选冶过程对环境影响的重要依据.作者运用XPS技术测定了载金矿物含砷黄铁矿和毒砂新鲜断裂面的As3d、Fe2p及S2p的存在形式和相对原子百分含量.结果表明,在含砷黄铁矿表面,超过50%的As以As~(-1)形式存在,约18%～20%的As以As~(3+)形式存在,约30%的As以As~(5+)形式存在.在毒砂表面,超过60%的As以As~(1-)形式存在,约30%的As~(3+)形式存在,其余10%的As主要以As~(3+)形式存在.分析证明As、Fe、S等元素在含砷黄铁矿和毒砂中主要以As`(1-)、Fe~(2+)、S~(1-)形式存在外,As元素可能还以As~(3+)形式存在于含砷黄铁矿及毒砂结构中.