矿物光电子能量及矿物与微生物协同作用

本文总结了天然半导体矿物光电子能量及矿物与微生物协同作用的最新研究成果,特别强调地表微生物、矿物和太阳光多元复杂体系中金属氧化物和金属硫化物半导体矿物的可见光激发光电子特征,阐述了矿物光电子能量利于地球早期生命起源与演化、促进化能自养和化能异养微生物生长代谢、调控矿物与微生物协同作用实现固碳作用。进而提出矿物光电子能有效地将二氧化碳还原为有机物质,可为生命起源提供有机物质基础的认识。     

全国矿物学学科发展研讨会在北京大学召开

<正>为了进一步促进我国矿物学学科建设与人才培养,梳理矿物学发展现状,研讨矿物学发展方向,凝练矿物学重大科学问题,由中国矿物岩石地球化学学会中多个矿物学专业委员会和中国地质学会矿物学专业委员会主办、北京大学地球与空间科学学院承办的2014年度全国矿物学学科发展研讨会,于2014年11月27日在北京大学英杰交流中心星光厅举行。中国科学     

天然含铅黄铁矿试样处理含Cr(Ⅵ)废水的机理研究

天然黄铁矿对Cr (Ⅵ)具有较强的处理能力。本研究选取湖北十堰某天然含铅黄铁矿试样处理含Cr (Ⅵ)的废水,利用X射线衍射、X射线荧光光谱对样品进行结构与成分分析,考察了去除Cr(Ⅵ)反应的影响因素。结果表明,天然含铅黄铁矿样品对Cr (Ⅵ)具有较好的去除能力,其对浓度为50mg/L的含Cr(Ⅵ)废水去除率达95%~99%。并系统研究了黄铁矿颗粒粒度、反应时长、pH值对处理含Cr(Ⅵ)废水性能的影响,发现Cr(Ⅵ)主要吸附在黄铁矿颗粒表面形成絮状物质,对反应后产物的SEM和XRD分析结果表明,反应形成的絮状沉淀物为含铬、铅元素的针状铬铅矿,这对生成次生矿物沉淀从而除铬的新方法具有进一步的研究意义。     

方解石-白云石-菱镁矿的中远红外光谱学特征研究

利用拉曼光谱和红外光谱研究了方解石、白云石和菱镁矿的光谱学特征,探究了影响三种矿物红外辐射性能的因素。三种矿物的拉曼光谱(Raman)、中红外吸收光谱(MIR)、远红外吸收光谱(FIR)显示随着矿物中镁含量的增大将会影响CO₃^2-的面外弯曲振动(ν₂)、反对称伸缩振动(ν₃)和平面内弯曲振动(ν₄),使各光谱特征峰均向高频端迁移。基于黑体辐射定律以及在80 ℃、400~2 000 cm^-1矿物的辐射能量谱,结果显示方解石、白云石、菱镁矿的发射率依次减少(0.951,0.938,0.895)。三种矿物的红外吸收光谱和发射光谱中的振动位置均受CO₃^2-基频的显著影响,在1 300~1 650 cm^-1均产生宽的低吸收带,该吸收带与CO₃^2-的反对称伸缩振动相关,且吸收带范围(202,236,272 cm^-1)与发射率之间呈负相关关系。因此,当最强化学键的振动出现在发射光谱窄的吸收带范围内会产生相对较高的辐射能和发射率。此外,矿物的晶体结构也会影响发射率,大的离子半径、键长和晶胞体积将降低辐射过程中能量的吸收,增强辐射特性。综上研究结果,方解石、白云石和菱镁矿的拉曼光谱和红外光谱揭示了金属原子的相对质量对光谱学特征的显著影响,其发射率可能受到C—O键的反伸缩振动范围、最强吸收带控制的最低发射率以及矿物晶体结构的共同影响。这项研究呈现了必要的光谱信息和热发射率数据以识别特定的碳酸盐矿物,为类似矿物的光谱特征研究奠定了基础;同时为进一步认识地壳中大量的碳酸盐矿物提供了研究方法,也为地外勘探的深入研究给予相关的理论基础。     

pH值对模拟体液中羟磷灰石晶体生长的调控

在37℃时,配制了与人体血液等钙磷比的模拟体液(SBF),在不同pH值下合成了含钙磷酸盐。通过X射线电子衍射(XRD)、傅立叶红外吸收光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对磷酸盐的物相组成、微观形貌进行了表征。结果表明,pH=5.9时,能生成晶型较完好的磷酸氢钙(DCPD)、磷酸八钙(OCP)和羟磷灰石(HA)的混合物,其中DCPD片状晶体长约10μm,宽约3μm;OCP片状晶体长约200 nm,宽50~100 nm;HA棒状晶体长约200 nm,宽约10 nm,HA柱状晶体长40~50 nm,宽约20 nm。pH=5.9~6.4时,HA晶体的长径比随pH值增加而增大,晶体沿c轴生长。pH6.4时,产物为HA,且其长径比随pH值的增加而减小。pH=5.9~8.9时,HA的结晶度随pH值增加而降低。实验时空气中的CO2溶入矿化液,形成的CO2-3能进入HA晶格,形成与生物成因成分特征相符的碳羟磷灰石。     

地表“矿物膜”半导体矿物光电子调控微生物群落结构演化特性研究

矿物-微生物交互作用广泛参与地球表层系统物质循环与能量流动过程,深刻地影响着一系列重要的地表生物地球化学进程。近年来地表半导体矿物的相关研究,为矿物-微生物交互作用提供了崭新研究方向,揭示地表“日光-半导体矿物-微生物”系统电子传递过程及其环境效应,是地质微生物学交叉领域研究的核心科学问题之一。本研究从地表不同生境“矿物膜”出发,以光电化学技术证实喀斯特、红壤、岩石漆“矿物膜”在1 000 min长时间循环实验中平均光电流值约为5.4、3.4、3.2 μA/cm²,证实“矿物膜”良好日光响应特性且铁锰氧化物矿物在其中发挥核心作用。基于笔者前期研究所发现的“矿物膜”电活性菌富集且与半导体矿物分布呈正相关性这一现象,本文进一步构建模拟光电子红壤细菌群落系统,20天后细菌群落α多样性显著提升,研究证实细菌群落具有模拟光电子响应活性,且电极与溶液群落均具有演化方向性;16S rRNA测序分析表明模拟光电子作用下Shewanella、Pseudomonas、Streptococcus、Lactobacillus、Acinetobacter等电活性菌显著富集。综上,本文研究结果间接证实地表半导体矿物光电子可有效调控微生物群落结构并促进电活性菌在“矿物膜”中富集。     

甲状腺乳头状癌中砂粒体矿物学研究

砂粒体矿化对诊断甲状腺乳头状癌具有高度的特异性,对其矿物成分及形成机理的分析有望对研究肿瘤的发生发展过程提供辅助信息.本文以甲状腺乳头状癌中的同心层状砂粒体矿化作为研究对象,采用偏光显微镜、环境扫描电镜及其能谱、傅立叶变换红外光谱、电子探针和高分辨透射电子显微镜,对原位和分离处理样品的表面形貌、结构和矿物成分进行了观察测试.研究结果表明,甲状腺乳头状癌中砂粒体是由纳米尺寸的粒状、短柱状碳羟磷灰石及一些无定形低Ca/P(原子分数,下同)的磷酸钙矿物混合组成,砂粒体的同心层状构造具有微胶粒成因的特征,是结构和成分不同的直接反映,砂粒体中Ca、P及 Ca/P的分布具有从外向内逐渐升高的趋势.     

氩气热处理对天然金红石可见光响应的影响

利用高温管式炉对天然含钒、铁金红石在氩气气氛下进行了500～1000℃的热处理改性.粉晶X射线衍射分析表明:随着热处理温度的升高,金红石晶胞发生不同程度的膨胀;加热到900℃以上时,样品中出现钛铁矿物相.通过测试热处理前后样品的紫外-可见漫反射吸收光谱发现,氩气热处理能明显提升天然金红石在可见光区的吸收强度.和空气气氛加热相比,氩气气氛热处理更有利于提高其可见光响应.     

天然闪锌矿可见光催化降解CCl_4实验研究

研究了天然闪锌矿可见光催化还原降解四氯化碳(CCl4)的能力,并系统探讨了光源、闪锌矿用量、电子供体和溶解氧对N,N-二甲基甲酰胺有机体系中CCl4降解效果的影响,获得了该光催化反应体系的最佳实验条件。在可见光下,闪锌矿用量为1g/L,电子供体为甲酸0.5mol/L,溶解氧含量为空气平衡时,经8h光照反应,CCl4降解率达91.48%。通过GC-MS对降解产物进行分析,提出了天然闪锌矿在改有机体系中可见光催化还原降解CCl4的机理。