无机界矿物天然自净化功能之矿物超微孔道效应

孔径在0.3～2.0nm范围内的矿物结构孔道属于通常意义上的微孔道,如天然锰钾矿结构中由Mn—O八面体构建并由K等充填其中的微孔道,类似于大家熟知的沸石中由Si—O和Al—O四面体所构建并由Na和Ca充填其中的微孔道,往往具有分子筛功能。本文重点提出孔径在0.3nm以下的天然矿物结构孔道为超微孔道。由于无机离子包括水分子均小于0.3nm,自然界中大多数无机矿物超微结构孔道能成为地球物质发生离子交换的场所而表现出离子筛功能。长期以来人们并没有把约占地壳质量一半以上的长石矿物归类为孔道结构矿物,主要归咎于其孔径过于微小,有关长石孔道离子交换效应更没有引起人们足够的重视。实验研究结果表明,无论是在高温条件下,还是在低温条件下,长石矿物都能表现出一定的离子交换性,具有明显的孔道结构矿物特征。在高温条件下Na 与钾长石发生离子交换反应,能形成Na2O含量达15.9%的钠长石。在中温条件下Pb2 与钾长石发生离子交换反应,能生成铅长石物相。在常温条件下Cd2 与钾长石发生离子交换反应,能生成镉长石物相。长石矿物所体现出的良好的超微孔道效应,在对重金属污染物无害化处理包括核废料安全性处置领域具有潜在应用价值。天然矿物超微孔道在地球物质迁移与交换过程中一直发挥着鲜为人知的独特作用。极少数天然矿物微孔道分子筛效应孕育有净化分子型气体污染物的作用,而大多数天然矿物超微孔道离子筛效应却孕育有净化离子型水体污染物的作用。     

离子交换反应合成铅长石的实验研究

对长石与Pb(NO_3)_2粉末在380℃条件下反应48h的产物进行XRD分析,显示出现了d值分别为6.54、3.42、3.32、3.27,2.57的铅长石的5个特征峰。XPS分析表明Pb4f7/2在长石矿物中的结合能为138.39~138.44eV。实验证明Pb2 与长石结构中的碱性或碱土性离子发生了离子交换反应,生成了铅长石。     

天然矿物微孔——超微孔道环境效应

孔径在0.3～2.0nm范围内的矿物结构孔道属于通常意义上的微孔道,如天然锰钾矿结构中由Mn-O八面体所构建并由K等元素充填其中的微孔道,类似于大家熟知的沸石中由Si-O和Al-O四面体所构建并由Na和Ca充填其中的微孔道,往往具有分子筛功能。本文重点提出孔径在0.3nm以下的天然矿物结构孔道为超微孔道。由于无机离子(包括水分子)大小均小于0.3nm,自然界中大多数无机矿物超微结构孔道均能成为地球物质发生离子交换的场所而表现出离子筛功能。长期以来人们并没有把约占地壳重量一半以上的长石矿物归类为孔道结构矿物,主要归咎于其孔径过于微小,…     

锐钛矿光电子强化黑曲霉吸附铅离子实验研究

铅元素在自然界分布广泛,其可溶性盐对动植物及人体有巨大毒性,借助真菌等生物修复技术手段清除环境中铅污染逐渐成为研究热点之一。本文使用溶胶凝胶法合成了锐钛矿电极,通过X射线衍射(XRD)、拉曼测试、环境扫描电镜和电化学测试等对其进行了系统表征,进而联合实验室分离筛选出的一株黑曲霉Aspergillus niger Bpb1成功构建了光-半导体矿物-微生物系统。研究了光电子对黑曲霉吸附铅离子的影响,实验结果表明锐钛矿光电子与黑曲霉协同作用下,实验组较对照组铅离子吸附速率平均增加33.6%,最高增加42%。进一步使用环境扫描电镜观察黑曲霉外部形态,发现光电子不影响铅矿物的形态。结合能谱测试和前人文献得知铅离子与有机酸结合形成以有机铅盐为主的矿物,缠绕在菌丝中。本研究实现了利用光能加速真菌代谢的过程,表明锐钛矿光电子与黑曲霉协同作用只对真菌吸附铅离子速率产生一定的加强,并未影响其成矿形态。     

环境矿物材料在土壤,水体,大气污染治理中的应用

本语文在简要阐明了环境矿物材料对污染和净化机理与净化功能的基础上,明确了环境矿物材料的领域,重点展望了在土壤重金属污染防治、地表水和地下水水质改善及燃煤固硫除尘等三类状态污染控制与环境保护领域中应用的前景。认为经济、简便、有效地用于污染治理与环境修复的无机界矿物学方法类似于有机界这方法,均是自然界地球系统中天然自净化作用的反映。     

黄铁矿成因形态学

在1981—1986年野外工作的基础上,作者对胶东三县四个金矿床黄铁矿晶体形态进行了系统研究,对其中2495粒晶体进行了统计,对300粒晶体进行了测角,对60粒晶体进行了微形貌观察。根据以上实际工作及国内外有关资料提出了黄铁矿晶休常见单形出现频率的定量资料与晶体微形貌的特点,特别是{210}面上负条纹的特征与成因探讨。并讨论了黄铁矿晶体形态与分带性,与形成温度,与主、微量成分,与共生组合及与矿化等的关系。查明黄铁矿形态及其晶面微形貌的发育与硫逸度、温度、冷却速度等密切相关。在以上基础上提出了胶东四个金矿床中蚀变岩型金矿及石英脉型金矿两种成因类型黄铁矿形态特征上的五点差异。最后对黄铁矿研究方法要点进行了总结。     

矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中的作用

地球早期生命起源的第一步是合成简单的有机化合物，但合成有机物所需能量来源问题长期困扰着学术界。早期地球上丰富的硫化物半导体矿物可将太阳光子转化为光电子，提供持续的能量来源。也正是由于矿物光电子能量较高，在非生物途径合成小分子有机物方面具有优势。其中半导体矿物自然硫转化太阳能产生的光电子能量，是目前所发现的最高的矿物光电子能量，不仅能直接还原CO2分子为甲酸物质，还可催化其他生命基础物质的合成。在全球陆地系统中暴露在阳光下的岩石/土壤表面普遍被一层铁锰氧化物“矿物膜”所覆盖，光照下含半导体矿物水钠锰矿的“矿物膜”产生原位、灵敏、长效的光电流，显示出优异的光电效应。生物光合作用中心Mn4CaO5在裂解水产氧过程中产生成分和结构类似水钠锰矿的结构中间体，地球早期“矿物膜”中水钠锰矿可能促进了锰簇Mn4CaO5与生物光合作用的起源与进化。早期地球半导体矿物为生命起源基本物质的合成提供直接能量来源，矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中起到了重要作用。     

溶解性有机质协同针铁矿光催化还原Cr(Ⅵ)的行为与机理研究

在上覆水体中，太阳光驱动下溶解性有机质与矿物之间的相互作用对污染物迁移转化行为的影响及其机制尚未引起足够的重视。本文以富里酸和针铁矿分别作为溶解性有机质和半导体矿物的代表，建立实验室光催化体系，系统探究了富里酸影响针铁矿光催化还原六价铬[Cr(Ⅵ)]的行为和机理。结果表明，与光照-针铁矿体系相比，光照-针铁矿-富里酸体系对Cr(Ⅵ)的去除率由19.8%提高至68.7%,故富里酸显著提高了针铁矿光催化还原Cr(Ⅵ)的能力，增强机制主要归结于富里酸提高了针铁矿产生光生电子的能力。此外，被还原的部分Cr(Ⅲ)与针铁矿表面羟基结合形成稳定的CrO(OH),并固定在针铁矿表面。这一成果可为半导体矿物在酸性矿山废水治理中的应用提供理论依据。