矿物表面基团与表面作用

矿物的表面或界面过程存在于一切地质过程中,并在材料和环境科学领域得到广泛应用。矿物的表面结构、表面基团与表面作用之间存在着一定的内在联系,矿物结构的多样性决定了表面基团类型的多种性和表面作用的多样性。本文较系统地介绍了矿物表面功能基、表面配位反应、表面配合反应、表面氧化还原反应、表面异位催化反应和表面离子交换反应的类型及作用机制。     

矿物表面活性及其量度

矿物及其材料的表面活性及其表面反应性的具体表征，它是由矿物表面功能基所控制。由于矿物表面金属原子的电负性不同，以及它所处的配位环境不同，常表现出不同的极性、荷电性和Lewis酸碱性，它与溶质和溶剂分子之间反应（成键）能力也不同。在热力学上表现为反应自由能变化也不同。因此，量度矿物表面活性就是量度其表面极性、荷电性和Lewis酸碱性，它既可用化学方法，也可用热力学的方法。前者是通过反应作用量来量度，后者通过反应作用能来量度。然而现代矿物谱学的方法更能给出矿物及其材料表面反应活性的本质和详细信息。     

工业矿物纤维粉尘的表面特性研究

本文在对比研究了７种工业矿物纤维表面官能团和表面行为的基础上讨论了矿物纤维粉尘对人体的危害性及对环境影响的毒理因素,强调矿物与生物体之间的相互作用要重视矿物表面／细胞物理化学作用,提出矿物纤维表面特征是表征其生物活性的关键因子,如表面活性域等,而纤维性只是矿物表面特性的表征因素之一。     

土壤和水体环境中矿物-腐殖质交互作用的研究进展

矿物-腐殖质间的交互作用是土壤和水体沉积物及悬浮颗粒物中环境物质的重要界面过程。不管是氮、磷植物性营养元素还是有毒的重金属、有机物，它们在表生环境中的迁移转化与归趋受到矿物、腐殖质及其复合体的表面活性和迁移性的调控。矿物-腐殖质体系的界面作用研究是前沿性的研究领域，主要目的是揭示矿物-腐殖质复合体的结构特性(例如颗粒物的圈层结构与表面微形貌)及其与颗粒物表面活性的关系，进而揭示土壤和水体环境中矿物-腐殖质间的交互作用规律。本文对该领域的研究现状进行评述，并提出未来可能的发展趋势。     

环境矿物界面反应动力学

环境矿物界面反应动力学主要探讨地表中各种有毒、有害离子或分子与矿物表面之间的反应速率与反应机制。矿物表面存在一组化学活性很强的表面功能基，当它们与环境中毒害物质发生作用时，会因其极性、荷电性和Lewis酸碱性不同而表现出不同的作用力和反应速率，进而控制有毒、有害物质在大气、水体和沉积物中的赋存形态，稳定性及迁移转化速率。本文简要介绍了环境矿物界面反应动力学理论，并给出几个应用实例。     

矿物-水界面的表面离子化和络合反应模式

表面络合模式已广泛应用于研究矿物表面吸附和溶解反应,尤其是(氢)氧化物和层状铝硅酸盐矿物。表面官能团是矿物参与表面络合反应的基本单元,(氢)氧化物矿物只具有表面羟基,而层状铝硅酸盐矿物除表面羟基外还具有离子交换位。矿物的表面电荷由永久结构电荷、配位表面电荷和离解表面电荷组成,各种零表面电荷状态可由不同的零电荷点来表征。恒电容模式、双层模式和三层模式是3种最常用的表面络合模式,它们在双电层结构、表面反应(质子化反应和络合反应)、表面电荷与质量平衡方程及应用范围上存在着一些差异。     

几种常见矿物的接触角测定及其讨论

为了评价矿物表面与特征液体的界面能量，分别测定了长石、石英、黑云母、方解石、萤石和黄铁矿等7种常见矿物与水、正庚烷和正丁醇的接触角，并计算了相应的表面自由能。结果表明同一矿物不同结晶面(晶面)的接触角有一定的差异，这一差异与矿物结构面上原子种类和相对含量差异有一定的对应关系。     

微量元素与矿物表面反应研究进展

微量元素与矿物表面反应研究进展吴宏海吴大清（中国科学院广州地球化学研究所,广州５１０６４０）关键词矿物—水界面表面反应表面络合模式微量金属元素１研究意义与现状在地表环境中,大气圈、水圈和岩石圈之间存在着相互进行物质传输与能量交换的界面作用,其中矿物...     

黏土矿物—水界面的量子力学模拟研究

黏土矿物广泛分布于自然界中,其对地质和地球化学过程有重要意义,也是工业、环境等领域中的重要矿物材料。黏土矿物的众多物化性质均与其表界面结构和性质有关。作为实验研究方法的重要补充,量子力学模拟被广泛用于黏土表界面性质的研究。本文回顾了利用量子分子动力学模拟对黏土矿物-水界面性质的研究,包括表界面结构、表面酸度和离子络合等方面。     

矿物粉体的表面能及对硅橡胶增强作用的影响

采用平衡接触角法测定了几种矿物粉体及硅橡胶基体的表面能,对矿物／硅橡胶的界面张力、平衡粘附功等热力学参数进行了计算,分析探讨了矿物填料／硅橡胶之间界面相互作用与复合材料力学性能的关系,提出粘附功（Ｗａ）与界面张力（γＳＬ）的比值（Ｗａ／γＳＬ）是衡量矿物填充硅橡胶的力学性能的一个重要参数。     

矿物粉尘表面活性位及其变化分析

本文通过酸碱蚀,强机械力和极性分子等表面作用,利用红外吸收光谱手段分析了７放物粉尘的表面基团裸露,转化过程,总结了矿物粉尘表面存在的基团类型及其表面活性位的分布及在不同环境条件下的转化,对讨论粉尘生物活性及矿物表面／细胞物理化学作用过程有重要意义。     

大气粉尘中的矿物及其环境健康效应研究进展

大气粉尘中的矿物主要来源于土壤尘、建筑工地和局地扬尘,颗粒较小,一般呈不规则形状,表面凹凸不平。矿物粉尘具有很强的生物活性,对人体健康、生物效应有其特有的生理作用。矿物粉尘表面活性基团影响粉尘的生物效应。矿物粉尘本身或刺激吞噬细胞而产生的自由基对细胞的损伤和粉尘性疾病的形成起着至关重要的作用。大气粉尘成分、表面特性以及矿物粉尘对人体正常宿主菌群的抑制性和毒性效应研究是矿物粉尘环境健康效应研究的重要方向。     

硫化物矿物的表面反应及其在矿山环境研究中的应用

硫化物矿物的表面反应机理决定了以硫化物矿物为主的尾矿的重金属释放、吸附、解吸机制，其反应动力学与矿山环境污染程度存在内在联系。本文系统介绍了硫化物矿物的表面反应研究现状，包括反应机理、表面结构、表面位、反应产物、反应速率等，并指出了有待进一步研究的几个问题。     

作为硅橡胶增强填料的超细改性矿物粉体研究

采用材料物理化学和复合材料的方法，系统地研究了八种矿物及其超细粉体和改性粉体与硅橡胶基体的相互作用。研究结果表明，滑石、石英和硅灰石对硅橡胶基体具有较好的增强性能。填料的粒度小、比表面积小、长径比大等粉体性质好，其增强性能高。复合材料的界面粘附功与界面张力比值大，复合材料的力学性能好。具有表面活性基团（通过表面改性）、表面缺陷和适量的表面羟基是提高粉体增强性能的重要因素。复合粉体的增强性能优于单一粉体。     

矿物溶解的表面化学动力学机理

本文应用表面化学理论分析了矿物在水溶液中的溶解反应动力学机理。表面化学的催化作用使矿物溶解反应的活化能显著降低。矿物溶解速率受表面吸附、表面交换反应和解吸反应等表面化学过程的控制并与溶液的pH值有关，正比于溶液αH＋值的nθ次幂。受表面吸附控制时，nθ＝1，溶解速率随pH增大而减小；受表面交换反应控制时，nθ＝0，溶解速率与pH无关；受解吸反应控制时，酸性条件下nθ为0～1内的正小数，碱性条件下nθ为-1～0之内的负小数。大多数矿物的溶解作用在酸性条件下受表面吸附和／或表面交换反应控制，在碱性条件下受解吸反应的控制。     

矿物界面作用与环境工程材料

矿物水界面作用是环境地球化学研究的基础,它控制着世界淡水质量、土壤发生与发展、表生地质作用中元素迁移与富集等过程,是矿物环境工程材料的理论基础［１］。这是因为矿物水界面作用发生于矿物表面,许多环境工程材料是通过材料表面吸附（或共沉淀）作用去清除水...     

矿物—氨基酸水溶液的表面离子化及溶解作用研究

在矿物－氨基酸－水组成的多相体系中，矿物在氨基酸中的溶解作用是一个复杂的过程，其矿物的成分、结构和表面离子化是影响矿物溶解和络合的重要因素。水镁石、纤蛇纹石、硅灰石由于表面羟基化，在氨基酸水溶液中有较高的溶解度，溶解以配合作用为主；坡缕石、海泡石层状硅酸盐矿物表面羟基化作用较弱，与氨基酸的作用为配合作用和吸附作用并存，以后者为主；沸石矿物则以吸附作用为主。在中性氨基酸水溶液中，矿物的溶解度大小为：水镁石＞纤蛇纹石＞硅灰石＞海泡石＞坡缕石＞斜发沸石。     

纳米矿物及其环境效应

纳米矿物作为连接原子/分子和块体矿物材料的桥梁,在建立矿物微观反应机制和宏观现象的研究中具有重要的意义.随着纳米地质学的迅速发展,纳米矿物在地表环境中的分布、存在形式及其反应活性引起了越来越多关注.综述了天然环境中常见的纳米矿物的成因、存在方式、特殊的尺寸效应、团聚行为、生物/非生物界面反应的分子机制,及其对地表环境和元素生物地球化学循环的影响;着重介绍了具有重要环境意义的纳米矿物与其对应的大尺寸矿物颗粒在吸附行为、溶解速率、团聚状态、催化活性、界面电子传递效率等方面的差异.对于纳米矿物与其对应的宏观矿物晶体之间差异的研究,有助于全面认识矿物对各种地质过程的作用,对于推动地球科学向更加微观和深入的方向发展具有极其重要的意义.      

水环境中腐殖质对重金属吸附行为的影响

水环境中金属离子-腐殖质-矿物（或细菌）之间的相互作用能够显影响金属离子在地质体中的迁移和归宿。本综述了水环境中腐殖质对金属离子在矿物、微生物等表面只附行为影响的研究现状，分析讨论了复合型表面的基本特点、腐殖质对金属吸附到矿物表面的影响因素、腐殖质影响细菌表面吸附金属离子的机理，以及对三相体系不同研究的研究思路与结论等。     

矿物纤维粉尘的表面特性及对生物活性的影响

通过对矿物纤维粉尘对人体的危害性及对环境影响的研究，提出了一些矿物产生毒理作用过程的假说和因素判定；研究了矿物与生物体之间的相互作用时应重视矿物表面－细胞物理化学作用，并依据初步试验提出表面特征是矿物纤维表征生物活性的关键因子（如表面活性域、催化作用等），而纤维性只是矿物表面特性的表征因素之一。