石英砂表面铁胶膜的形成——温度和老化时间的影响

以石英砂为载体,在pH值为7和铁摩尔比R为0.1的条件下合成了石英砂表面针铁矿胶膜,并探讨了不同温度和老化时间对针铁矿胶膜形成的影响,以揭示铁胶膜的形成机理。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对合成胶膜样品分别进行矿物成分和形态的分析。研究结果表明:当石英砂添加量为10 g、老化时间为25 d时,随着温度由30、50、70增加到90℃,胶膜中针铁矿的XRD峰强度明显增强,SEM图像中针铁矿的结晶程度逐渐增强,晶形逐渐变大;当石英砂添加量为10 g、老化温度为60℃时,随着老化时间的延长,胶膜中针铁矿的XRD峰强度先逐渐增强,矿物晶形也先逐渐增大(前18 d),18 d左右时矿物的晶形较大且较均一,18 d之后XRD峰强度逐渐减弱并趋于稳定,晶形又逐渐变小。     

天然铁(氢)氧化矿物对铜离子的吸附特征

研究了天然铁的(氢)氧化矿物对铜离子的吸附行为，结果显示不同种类的铁(氢)氧化矿物的吸附能力明显不同。针铁矿的吸附能力最强，赤铁矿吸附能力变化最大。对于同种矿物，矿物中杂质的种类和含量是影响吸附能力的主要因素，矿物的晶体习性有一定的影响。粒度较大(＞140目)的情况下，天然矿物的粒度对矿物吸附能力的影响没有规律性。pH值对铁氧化物矿物的吸附性能影响最大。随着初始浓度的增加，铁的(氢)氧化矿物的吸附量增加，但吸附率变化复杂且没有明显规律性。铁的(氢)氧化矿物的吸附行为较为符合Freundlich型和Temkin型等温吸附式。     

A.ferrooxidans培养过程中Al/Fe(摩尔比)对铁矿物形成产物的影响

主要研究了磷酸铝(Al PO4)的加入量对氧化亚铁硫杆菌HX3培养液中铁矿物形成的影响,并对相应沉淀产物进行了结构表征分析。结果表明,Al PO4的加入对细菌培养过程中Fe2+的氧化无明显影响,但可促进Fe3+的水解和初始铁矿物相的形成,也可加速黄钾铁矾的转化形成。Al/Fe(摩尔比)为0. 04～1的培养液中主要形成产物为施威特曼石和黄钾铁矾; Al/Fe为0. 4和1时另有磷酸铁矿形成。较高的Al/Fe比值和磷酸根含量有利于磷酸铁矿的形成。     

Cronobacter sakazakii还原作用对针铁矿晶体结构的影响

厌氧条件下,Cronobacter sakazakii以乙酸钠作为电子供体,针铁矿中Fe(Ⅲ)作为电子受体进行生命活动,其新陈代谢过程伴随Fe(Ⅲ)的还原。细菌增殖和稳定生长过程中不停还原针铁矿并大量累积Fe(Ⅱ);当细菌衰亡时,Fe(Ⅱ)的产生随之减缓;细菌的活动停止时,Fe(Ⅱ)不再积累并最终保持稳定。同步辐射XRD测试表明,微生物还原作用后针铁矿出现了一系列新衍射峰：4.8、6.03、6.13、6.84、7.7和11.4 峰,可能形成具层状结构的新物相。在XANES图谱中Fe主吸收峰向低能量方向移动1 eV,边前峰峰位中心向低能量方向移动且峰面积减小,表明Cronobacter sakazakii的异化Fe(Ⅲ)还原作用使针铁矿中Fe氧化态降低,矿物晶体结构发生了变化。     

Cl-/SO42-铁盐对含可溶性胞外多聚物Acidithiobacillus ferrooxidans溶液中铁矿物形成的影响

铁细菌胞外多聚物作用下聚集的铁可通过氧化或者沉淀作用使铁稳定或沉积,从而形成铁矿物。本文基于铁细菌胞外多聚物(extracellular polymeric substances,EPS)对铁矿物形成的调控作用,介绍了Cl-/SO_4~(2-)的Fe(Ⅲ)或Fe(Ⅱ)盐作用下,含可溶性EPS的氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)溶液中铁矿物的形成,观察了溶液pH值变化及形成铁矿物的矿相与结构,并采用XRD、FTIR和FESEM对其进行表征。结果发现反应溶液中OH-离子可与Fe3+形成微米级"针垫"聚集球状或纳米级小球形施威特曼石和微米级"菱形"块状黄钾铁矾铁矿物沉淀。反应溶液中的可溶性EPS可调控和促进铁矿物的形成,但对Fe2+的氧化未产生影响;外源Fe盐可促进施威特曼石向黄钾铁矾转化。随着Cl-/SO_4~(2-)摩尔比例的增加(即Cl-含量的不断增加),两矿相间的转化明显受到抑制,且铁矿物颗粒之间的集聚作用明显减弱;反之,SO_4~(2-)含量升高时,有利于铁矿物间的转化和聚集球状颗粒形貌结构的形成。     

水锰矿与Fe2+的相互作用与转化过程

作为表生土壤环境中易生成且分布广泛的氧化锰矿物,水锰矿(γ-MnOOH)能参与铁氧化物的生成过程,影响Fe_(2+)的迁移、转化和归趋。本文考察了pH值为3.0~7.0的模拟水溶液体系中水锰矿与Fe_(2+)的相互作用及其生成铁氧化物的过程,分析了Fe_(2+)浓度、pH值和空气(氧气)对Fe(Ⅲ)氧化物晶体结构类型、化学组成和反应速率的影响。研究结果表明,水锰矿氧化Fe_(2+)产物主要为针铁矿和纤铁矿;pH值为3.0~5.0时产物为针铁矿,而pH值为7.0时产物为针铁矿与纤铁矿的混合物,且高浓度Fe_(2+)会促使纤铁矿生成;引入空气利于针铁矿生成;反应速率随着pH值升高、氧气分压的增大而加快。本工作丰富了对铁氧化物在常见锰氧化物表面形成和转化过程的认识。     

合成铁氧化物矿物对苯酚的吸附实验研究

采用TEM、X射线衍射分析及BET比表面积测定等手段对合成的针铁矿、赤铁矿两种矿物进行表征,对此两种矿物对苯酚的吸附特性并批处理吸附实验研究结果表明,针铁矿对苯酚的吸附量大于赤铁矿的吸附量;针铁矿吸附苯酚的pH吸收边为峰型曲线,且峰值在pH 7～8。Langmuir方程拟合结果的吻合程度较之Henry线性方程与Freundlich方程高。实验中氧化铁矿物表面对苯酚的吸附则主要表现为表面分子吸附,可能存在表面疏水性作用,而静电离子交换和表面配合吸附模式不明显。     

不同条件下形成的黄钾铁矾微形貌对比研究

黄钾铁矾是酸性矿山废水（AMD） 中常见的次生矿物,能有效吸附AMD中Cu、Pb、Zn、Gd、As等重金属元素。不 同条件下形成的黄钾铁矾微形貌不同,其吸附能力也不同。文章通过化学法和微生物法合成了黄钾铁矾,并在粤北大宝山 矿酸性矿山废水中采集了含黄钾铁矾的泥样。利用扫描电镜-能谱分析（SEM） 和X光衍射（XRD）,对三种不同条件下形 成的黄钾铁矾进行鉴定和微形貌特征观察,并分析黄钾铁矾的形成条件。结果表明,常温条件下,pH值2.0~2.5时能够化 学合成黄钾铁矾,其晶体粒径约2~10 μm,且晶形呈板状;而在65℃时,可在pH2.0~3.0之间化学合成黄钾铁矾,但晶形 差。微生物法合成黄钾铁矾pH范围是2.0~5.0,其晶形完好,呈菱面体且晶体大小比较均匀,而约为2~4 μm。酸性矿山废 水中的黄钾铁矾形成的pH值为2.5~3.5,晶形为菱面体形,单个晶体大小多为1~2 μm。根据其形成条件和微形貌特征,文 章推测酸性矿山废水中形成的黄钾铁矾可能是微生物成因。     

硫介导细菌还原载砷铁矿对砷迁移转化的影响

硫在铁和砷的生物地球化学循环中发挥着重要作用,但地下水系统中硫循环的中间产物S(0)对细菌转化铁和砷的影响尚不清楚.采用室内模拟实验,研究硫参与下细菌D2201对液相和载砷针铁矿中Fe(III)和As(V)的还原作用.结果表明:细菌D2201具有很强的铁还原能力,可以将液相中74%的Fe(III)还原;加入硫后,细菌还原S(0)产生的S(-II)使铁还原率提高到94%.但是,硫没有明显影响细菌对砷的还原.在实验初期,细菌明显加速了载砷针铁矿的还原,最终还原释放到液相中的Fe(II)浓度为32.12 μmol/L;硫的加入增强了细菌对载砷针铁矿的还原,还原溶解的Fe(II)增加至284.13 μmol/L,同时,砷的释放量也增加了1.6倍.这些结果表明硫显著促进了细菌对针铁矿的还原溶解并加速砷的释放.XRD和SEM-EDS结果显示,细菌还原针铁矿但不改变其矿相,而硫的加入也仅使矿物发生一定程度的团聚,并没有使其转变为其他矿物,也未导致砷的再吸附.      

Fe(Ⅱ)/针铁矿复合系统对水中橙黄G的吸附-还原脱色研究

系统研究了Fe(Ⅱ)/针铁矿复合系统对偶氮染料橙黄G(简称OG)的吸附-还原脱色机理,重点考察了反应条件p H值、Fe(Ⅱ)与OG摩尔比对OG还原脱色效果的影响。研究结果表明,矿物表面结合态Fe(Ⅱ)能够有效提高还原脱色反应速率;OG脱色反应非常符合准一级反应动力学方程,速率常数(k)随p H值的升高、亚铁离子吸附量的增加而显著增大;当OG初始浓度为50 mg/L、Fe(Ⅱ)与OG的摩尔比为27.0时,Fe(Ⅱ)/针铁矿复合系统对OG的去除脱色率在弱碱性条件下1 h内可达到100%。该系统对OG去除脱色的高效性是界面吸附与还原协同作用的结果。该研究可为有效应用Fe(Ⅱ)/针铁矿复合系统在缺氧环境中的污染修复提供理论指导。     

不同条件下形成的黄钾铁矾微形貌对比研究

黄钾铁矾是酸性矿山废水（AMD） 中常见的次生矿物，能有效吸附AMD中Cu、Pb、Zn、Gd、As等重金属元素。不 同条件下形成的黄钾铁矾微形貌不同，其吸附能力也不同。文章通过化学法和微生物法合成了黄钾铁矾，并在粤北大宝山 矿酸性矿山废水中采集了含黄钾铁矾的泥样。利用扫描电镜-能谱分析（SEM） 和X光衍射（XRD），对三种不同条件下形 成的黄钾铁矾进行鉴定和微形貌特征观察，并分析黄钾铁矾的形成条件。结果表明，常温条件下，pH值2.0~2.5时能够化 学合成黄钾铁矾，其晶体粒径约2~10 μm，且晶形呈板状；而在65℃时，可在pH2.0~3.0之间化学合成黄钾铁矾，但晶形 差。微生物法合成黄钾铁矾pH范围是2.0~5.0，其晶形完好，呈菱面体且晶体大小比较均匀，而约为2~4 μm。酸性矿山废 水中的黄钾铁矾形成的pH值为2.5~3.5，晶形为菱面体形，单个晶体大小多为1~2 μm。根据其形成条件和微形貌特征，文 章推测酸性矿山废水中形成的黄钾铁矾可能是微生物成因。     

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。     

高砷含水层沉积物含铁矿物特性及其对砷的水文地球化学作用

含水层沉积物中含铁矿物的特征与活性会影响砷的迁移转化行为。通过内蒙古含水层沉积物含铁矿物的溶解、还原动力学实验,研究了沉积物含铁矿物特征和活性及其与砷运移的关系。结果表明,沉积物中具还原活性的铁氧化物总量(m0)与岩性有关,细砂为52 μmol/g,黏土为45 μmol/g。初始还原速率k′均在10-5 s-1的数量级。表征活性均匀度的参数γ值介于合成铁氧化物矿物和表层沉积物之间。沉积物中Fe(Ⅲ)氧化物的还原活性主要介于人造纤铁矿与针铁矿的活性水平范围内。沉积物中可能存在两类活性水平不同的Fe(Ⅲ)氧化物。As更倾向于吸附在活性较强的Fe(Ⅲ)氧化物上。还原环境中,活性较强的Fe(Ⅲ)氧化物的还原性溶解,促进了沉积物中砷的释放。     

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.     

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。     

人工合成图水羟砷铁矾的矿物学研究

图水羟砷铁矾是目前发现的存在于酸矿废水中的唯一的亚砷硫酸盐含铁矿物,其化学式为Fe6(AsO3)4(SO4)(OH)4.4 H2O。图水羟砷铁矾对研究酸矿废水中砷地球化学以及冶金含砷废水处理都具有重要意义。本文通过恒温水浴反应器合成该矿物,首次采用红外光谱和拉曼光谱对其表征,结果表明:位于770 cm-1处的红外特征峰来自矿物中As—O伸缩振动;位于609、663、512、455和365 cm-1处的拉曼特征峰分别来自矿物中As—OH不对称伸缩振动、As—OH伸缩振动(υ3)、AsO33-不对称弯曲振动(υ4)(512和455 cm-1)和O—As—O弯曲振动;光电子能谱结果表明矿物中As为+3价,不存在更高氧化态。低pH值和高硫酸根有利于矿物获得较好晶形;矿物在pH>3出现不谐溶解,首次测定矿物溶度积常数(Ksp)为107.7,标准吉布斯反应自由能(ΔG0f)为-3 605 kJ/mol。     

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。     

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.      

黄钾铁矾类矿物沉淀去除Cr(Ⅵ)的初步研究

为探讨黄钾铁矾类矿物沉淀对Cr(Ⅵ)的去除效果,利用黄钾铁矾类矿物沉淀对模拟含Cr(Ⅵ)废水进行了初步实验处理,结果表明,黄钾铁矾类矿物沉淀对含Cr(Ⅵ)废水有较好的去除效果,去除率都在70%以上,最高可达85%。黄钾铁矾与黄铵铁矾沉淀对Cr(Ⅵ)的去除率差别不大;溶液酸碱度对去除率有明显影响,在pH值为2.5~3.2时,时间相同,较高的pH值比低pH值的去除率高。黄钾铁矾类矿物的沉淀过程可用来处理矿山及其他工业废水,去除S、Fe和Cr(Ⅵ)等有毒有害元素。     

广西贵港岩溶地质高背景区富含铁锰结核土壤的矿物学与重金属地球化学特征

岩溶地质高背景区土壤中普遍存在的铁锰结核对重金属的赋存状态和有效性有重要影响。选择广西贵港覃塘岩溶地质高背景区富含铁锰结核的表层土壤(0~20 cm)为研究对象,筛分出不同粒径的铁锰结核(10~120目)和细粒径土壤(<120目)样品进行化学分析,针对以下三个方面开展研究:(1)重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)在铁锰结核和细粒径土壤中的分布分配规律和铁氧化物矿物的组成;(2)铁氧化物矿物对富含铁锰结核的土壤中Cd等重金属富集的影响;(3)重金属在富含铁锰结核的土壤中的赋存机制。研究发现,铁锰结核中的Fe和Mn以及Cd等重金属含量随着粒径的增大而不断增加,说明Cd等重金属元素更倾向于在大粒径铁锰结核中富集;土壤中Cd等重金属总量的约90%赋存在结核中,表明研究区土壤中重金属主要以结核形式赋存;富含铁锰结核的土壤中赤铁矿和针铁矿的平均含量分别为0.61%和4.94%,且结核粒径越大,针铁矿和赤铁矿含量越高;除Hg外,Cd等重金属含量与针铁矿和赤铁矿的含量均呈现极显著正相关,与赤铁矿的相关性稍优于针铁矿,表明铁氧化物矿物与富含铁锰结核土壤中的Cd等重金属元素富集密切相关。铁锰结核的存在既能促进Cd等重金属在土壤中的富集,又能降低土壤中重金属的生物有效性,研究结果为解释岩溶地质高背景区土壤Cd等重金属元素高含量、低生物有效性提供了理论依据。