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.      

无机纳米(矿物)颗粒的生物活性研究进展

纳米(矿物)颗粒具有独特的物理化学性质,其对人体健康以及环境的潜在影响已经引起人们的广泛关注。本文综述了纳米金属、纳米氧化物、纳米硫及其化合物、无机盐类纳米颗粒及无机纳米复合颗粒的部分生物活性及细胞毒性的研究现状,包括纳米颗粒微生物活性;纳米颗粒引起的细胞毒性、细胞凋亡等。纳米颗粒(矿物)的这些生物活性及细胞毒性的机理人们目前尚无法完全了解。因此,今后应从纳米颗粒学、矿物学、材料学、生物毒理学、环境安全暴露评价等方面展开多学科联合研究。     

纳米结构矿物的特殊结构和表-界面反应性

纳米矿物是纳米地球科学（Nanogeoscience）的核心研究对象之一.鉴于"纳米矿物"的概念在实际运用时较宽泛,有时与经典定义不符,建议用"纳米结构矿物"代替"纳米矿物",并简析了纳米结构矿物（Nanostructured Minerals）的概念.以管状纳米结构矿物（埃洛石和伊毛缟石）、球状纳米结构矿物（水铝英石）、层间纳米结构矿物（蒙脱石和伊/蒙混层矿物）和多孔纳米结构矿物（硅藻质蛋白石）为例,分析了纳米结构矿物的结构、表面基团的特殊性及其所衍生的特殊界面反应性,讨论了它们对矿物资源利用和油气生成等地球物质循环过程的重要意义.      

纳米尺度下的生物矿物和生物矿化:基于介晶的视角

纳米地质学的兴起和发展,促使地质工作者从纳米尺度重新认识固体地球物质,将对地球科学的各个领域产生广泛而深刻的影响.作为纳米地质学的重要分支,纳米矿物学也将走出传统矿物学只把矿物看成理想晶体点阵的局限,从纳米尺度深入探究矿物包括生物矿物在内的矿物结构与性质,突破口之一是介晶.介晶是一种特殊的结晶纳米结构,近年来得到了物理学家和化学家尤其是材料化学家越来越多的关注.介晶是非经典结晶过程产物,以纳米颗粒为基本构筑单元,具备纳米颗粒的性质和宏观尺寸.现已发现,许多生物矿物如脊椎动物骨骼和牙齿、贝壳珍珠层、蛋壳、海胆骨针、有孔虫和珊瑚等都具有介晶结构.因此,从纳米尺度和介晶角度重新理解生物矿化,有助于揭示生物矿物中纳米多级结构的成因机制,拓展纳米矿物学的科学内涵.首先介绍生物矿化和生物矿物的基本概念,之后对介晶的概念和结构特征进行阐述,最后介绍生物矿物中的介晶结构及介晶形成的典型机制,涉及有机基质辅助、物理场驱动、矿物桥或有机桥连接、空间限域、取向附集和晶面选择性分子作用等多种物理化学过程,有望进一步推动纳米矿物学的发展.      

纳米矿物-水溶液界面过程

在地球环境中普遍存在的纳米矿物-水溶液界面对许多基本的地球化学过程都至关重要,因而是纳米地球化学的前沿核心研究领域.简要介绍了纳米矿物-水溶液界面领域的基本概念和近期研究进展.举例描述了纳米矿物团聚、吸附、溶解和化学反应等几个相互关联的主要过程,具体阐述了纳米矿物自身特征（如组成、结构、尺寸、形貌、表面保护剂等）以及环境介质条件（如pH、离子强度、化学反应物质、天然有机质浓度和组成、微生物、光辐射等）对纳米矿物-水溶液界面过程的影响规律和微观机制.针对本领域发展面临的机遇和挑战,为未来的研究方向提出了一些设想和建议.      

纳米颗粒物:独具特性的地球化学组成

至少一维尺度上小于100 nm的颗粒物均称为纳米颗粒物,在人工纳米颗粒物产生的几十亿年前,地球已经通过其特有的生物地球化学过程合成各类天然纳米颗粒物.这些纳米颗粒物及其次生产物具有独特的理化特性,并参与各种地球化学过程,体现其非凡的地球化学意义.从地球化学的角度,解析了环境纳米颗粒物的定义和分类,重点阐述了风化壳与水体中天然和次生纳米颗粒物的形成,并在天然纳米颗粒物中区分了纳米矿物和矿物纳米颗粒物;同时,也讨论了大气纳米颗粒物的来源、成因与环境影响.该综述列举了目前环境中纳米颗粒物表征与鉴别的技术和方法,重点剖析了纳米颗粒物的地球化学功能和环境意义,并对该领域的研究前沿问题进行了概述.      

纳米TiO2/天然矿物复合材料的环境效应

本文系统论述了国内外有关纳米TiO2/矿物复合材料的研究和应用现状,重点介绍了负载纳米TiO2的矿物种类及其复合材料在环境科学研究中的应用。分别介绍了氧化物、层状硅酸盐、架状硅酸盐和硅藻土,重点论述了层状硅酸盐类。纳米TiO2/矿物复合材料主要应用于降解有机污染物(如有机染料、苯酚、甲基橙、亚甲基蓝、邻氯苯酚、DDVP、HCH、DDT、DDE、DDD、反式氯丹和顺式氯丹等),将其变为H2O、CO2等无害小分子化合物,不产生二次污染。纳米TiO2/天然矿物复合材料对污染物的降解效果优于单相TiO2,在环境方面的应用很有潜力。     

菊花石中纳米矿物的微观组织研究

采用扫描电镜、透射电镜和能谱分析研究了浏阳产菊花石的微观组织,发现浏阳菊花石的花瓣保留了原生矿物——天青石SrSO₄及其单晶体的外形,但是花瓣内部出现了硅化现象;菊花石中存在多种纳米矿物材料,例如非晶纳米硅氧线、颗粒状纳米CaCO₃和SrSO₄、CaCO₃的二维纳米片和纳米带等。某些非晶纳米硅氧线外包覆了纳米晶化层,镁含量越高,非晶纳米线越容易晶化。     

大气微纳米颗粒物界面反应与矿物协同演化意义

综述了大气气溶胶颗粒物的特征、颗粒物的界面反应与矿物协同演化意义;重点介绍了大气颗粒物粒径分布和矿物成分,以及常见有毒有害气体的界面反应产物特征与关键化学过程;总结了矿物颗粒在大气气溶胶形成过程中汇聚、调控、催化的作用,以及颗粒物与大气中SO₂、NO_x的协同反应机制;分析了微纳米颗粒对二次有机气溶胶形成的影响,以及大气矿物相颗粒界面反应产物组合及协同演化作用.可为进一步研究大气颗粒物与大气中痕量污染气体反应形成二次气溶胶进而影响大气化学组成的过程提供指导,对深入探讨大气矿物颗粒表面特性在复合污染物中多介质反应的微界面化学过程,矿物尘-污染物气溶胶体系在雾-霾形成、转换、新生粒子和阻断行为的复合作用具有重要的环境学意义.      

矿物,岩石对纳米金吸附作用的实验研究

以实验方法配制成了纳米级大小的微粒金，使存在于溶液中，并加以保护，以免纳米微粒金自动凝聚长大，在此基础上，用各种矿物和岩石进行吸附实验研究，实验结果表明，不同的矿物和岩石对纳米金的吸附性能不同。     

我国矿物材料研究进展(2000-2010)

本文介绍了我国关于矿物材料定义、分类及矿物材料学内涵的讨论及其发展现状,系统综述了近十年我国功能矿物材料(包括环境、光功能、电功能、声功能、生物医用等矿物材料)、结构矿物材料(包括矿物聚合材料、矿物摩擦材料、矿物复合材料)和纳米矿物材料的研究进展.资料表明:近十年来环境矿物材料依然是我国矿物材料研究最活跃的领域,其中固体废弃物利用研究得到明显加强,电、光、声学功能矿物材料研究相对不足.结构矿物材料方面,矿物聚合材料研究的兴起引人注目.纳米矿物材料则仍以聚合物/层状结构硅酸盐纳米复合材料研究为主.我国矿物材料研究存在的主要问题是研究方向分散、创新性不强、成果推广应用薄弱.笔者指出,今后我国矿物材料研究应更紧密地结合国家经济社会发展的需要和我国矿物资源的特点,大胆创新研究方法和思路,在进一步加强基础研究的同时,更加重视成果的应用与推广.     

非传统矿产资源体系及其关键科学问题

阐述了21世纪非传统矿产资源发现与开发研究的重要性和意义,在介绍了非传统矿产资源有关的国内外研究现状的基础上,阐述了非传统矿产资源研究的关键科学问题和非传统矿产资源体系的基本框架。非传统矿产资源体系包括非传统矿产—非传统方法—非传统矿业—非传统矿产经济四个方面。目前非传统矿产资源发现与开发研究亟待解决的关键科学问题主要包括:①地球演化及地球浅层作用过程中地质异常形成、演化、致矿机制;②成矿多样性、矿床谱系与新型矿产资源的发现;③矿产资源物质流及其最有效利用理论及模式研究等。     

广西新型矿物材料发展方向初探

新材料是发展高新技术产业的基础。根据广西的矿产资源优势和在矿物材料方面的研究基础和技术力量，提出了加强工艺矿物学研究，大力发展广西新型矿物材料的研究开发方向，特别提出了超细改性矿物粉体材料、环保矿物材料、节能保温矿物材料、高技术陶瓷材料和合成矿物晶体材料等材料体系中的重点开发方向。     

煤系非常规天然气的系统研究及其意义

煤系中的烃源岩为重要的生气母质,但由于煤系的韵律性或旋回性,表现出时间上短暂、层序上多变的特点,致使煤系烃源岩呈现多层叠置现象。煤系烃源岩母质生成的气体有多种称谓,概念的混淆给资源勘查评价带来诸多困难。基于地质和矿产经济学理论,从煤系烃源岩气体概念及成因联系出发,将煤系中的非常规天然气作为一个系统进行研究,揭示煤化作用-构造作用-地质环境条件之间的时空耦合关系,探讨区域地质背景与演化对煤系中气体形成的控制作用,形成特有的煤系气研究与资源评价路线。      

沉积型铝土矿预测方法及其影响因素——以贵州省铝土矿为例

以全国矿产资源潜力评价技术要求为基础,以贵州省铝土矿预测方法为实例,在简述国内沉积型铝土矿矿床类型、特征和预测方法的基础上,重点论述了地质单元法、网格单元法中划分预测单元、拟选预测要素和赋值的方法,以及地质填图精度、矿床特征、地-物-化-遥等信息对矿产预测的影响。该网格单元法考虑因素较全面,应用信息较充分,预测精度达到了矿体-矿床级。     

矿产资源可持续力及其系统构建

以可持续发展理论与系统论为基石, 在前人矿产资源承载力、竞争力研究的基础上, 提出了融数量维、质量维和时空维, 强调发展、代际公平和协调于一体的矿产资源可持续力新概念, 并围绕可持续力将资源、经济、社会、环境和智力等要素系统化, 采用“聚焦法”构建出以“发展力”和“协调力”为两大支撑功能的矿产资源可持续力系统.      

地球深部物质和能量交换的动力过程与矿产资源的形成

地球深部物质与能量的交换和深层动力过程这一科学问题的提出,乃是近年来地球科学发展与逐步向量化“进军”的必然,它是探索一系列地学前沿课题的基础。地球表面所见到的一系列地球物理场异常,地质构造格局,地球化学组分变异,无一不受到地球内部物质与能量的交换和深层动力过程的制约。如地球圈层的形成与演化,大陆伸展与裂谷,资源与能源等,均为深部物质运移和物理学、化学效应及地质构造耦合的产物。本文讨论了金属矿产资源与地壳、地幔结构及深部物质运移的动力学响应。通过几个典型矿床和其形成要素分析了成矿作用的深层动力过程。文中主要讨论了五个方面的问题:第一,金属矿产资源成矿和分布与地壳、地幔结构及深部物质运移和成矿带。第二,金的形成与深层过程。第三,金属矿床的形成、演化和分布与深部物质及能量的交换。第四,地幔热柱与成矿作用。第五,地球内部深层动力过程与流体运移和必须深化研究的几个问题。     

地球深部金属碳化物的晶体化学

金属碳化物的矿物十分稀少,但人工合成物则在化学成分及晶体结构两方面分布均较为丰富,可分成两种结构类型,即填隙结构型及复杂化合物型,其形成机理与碳原子与金属原子的半径比(Rc/Rm)有关。金属碳化物是西藏罗布莎铬铁矿床地幔矿物群的重要组成部分。列举了在该地区已发现的若干金属碳化物种属。探讨了该类矿物的形成机理以及该类矿物中的某些种属表征其形成的温度、压力状态的可能性。     

川滇黔相邻区古陆相沉积型稀土的发现及意义

文章报道了一种在川滇黔相邻区新发现的古陆相沉积型稀土矿床。稀土矿体赋存在二叠系峨眉山玄武岩之上,上二叠统宣威组底部,含矿建造为一套以高岭石及伊利石为主的黏土岩建造,分布广泛,连续性好,稀土氧化物TREO平均品位0.39%,最高可达1.60%。岩相古地理条件及地球化学特征显示,稀土元素源自西侧剥蚀区,经搬运-沉积-改造后富集;赋存状态方面,古陆相沉积型稀土除独立矿物态（<1%）,类质同象态（<1%）和离子吸附态（0.02%~24%）外,75%以上的稀土元素以纳米矿物颗粒的形态被“束缚”在黏土矿物层状结构中;稀土元素配分曲线图显示其高价值关键稀土元素镨、钕、铽、镝占比累计达23.34%;通过短流程的选冶一体化工艺技术,全元素稀土浸出率达到90%以上,综合回收率达80%以上。这一新类型稀土资源具有极大的开发利用前景,有望成为中国新的关键稀土元素来源。