内蒙古西部地区盐湖水化学特征

2008年9~10月和2009年9月对内蒙古西部地区14个盐湖进行了考察、采样和分析。研究发现,本区盐湖卤水主要离子含量顺序为Na⁺>Cl->SO2-₄>Mg²⁺>K⁺,次要离子为Ca²⁺ >HCO-₃>CO2-₃,微量元素为B₂O₃>Br->Li⁺。Na⁺的分布特征为东部高,北部中等,西南部偏低;而Cl-为东高西低;K⁺大致为南高北低;Mg²⁺为中部高,西部低,北部与南部中等。SO2-₄、 Ca²⁺和CO2-₃的区域分布特征均不明显;微量元素Li⁺ 、Br-、B₂O₃含量虽局部(两大沙漠连接带)有所富集,但绝对含量不高。对天然盐湖和人工采盐池的卤水进行了对比。采盐池中卤水因为蒸发强烈,离子浓度显著高于天然盐湖。分析天然盐湖与采盐池卤水离子浓度的变化规律发现,卤水蒸发初期Na⁺、Cl-、SO2-₄离子浓度随矿化度的升高而增大,Ca²⁺离子浓度明显下降,卤水蒸发后期Mg²⁺、K⁺大量富集,整个卤水蒸发过程中微量元素Li⁺与B₂O₃浓度一直随矿化度的升高而增大。这些结果对内蒙古西部盐湖的研究与开发都具有积极意义。     

松嫩平原西部盐沼湿地水环境化学特征

松嫩平原西部盐沼湿地水环境碱化程度高,水中的pH值普遍高于8.0,多数为苏打钠型水。在对本区盐沼基本水环境化学特征阐述的基础上,通过对水化学的基本变量CO₃^2-、HCO₃^2-、Cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、Na⁺和派生变量(Cl^-+SO₄^2-)/HCO₃^2-及Na⁺/(Ca²⁺ Mg²⁺)等的相关分析,得出各水化学变量之间的相关关系,并以pH值为分类基础得到了判别函数和判别区域图,对区域盐沼湿地水环境化学特征的研究方法作出了有意义的尝试。     

基于氢氧同位素与水化学的潮白河流域地下水水循环特征

为了研究变化环境下潮白河流域地下水水循环规律,通过现场调查,结合环境同位素及水化学应用,对潮白河流域浅层和深层地下水采样,测定其氢、氧环境同位素及水化学成分,通过分析其变化特征判明地下水的补给来源以及各含水层的相互联系。降水和地下水中的环境同位素δD和δ¹⁸O组成分析表明,降水是山前地下水的主要补给源,山区浅层地下水受蒸发影响非常强烈。水化学研究结果表明,山区地下水水质以 Ca²⁺和 HCO^-₃为主,属Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃型地下水。山前地下水类型为Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃、 Na⁺-K⁺-HCO^-₃、Mg²⁺-Ca²⁺-HCO^-₃和 Ca²⁺-Mg²⁺-Cl^--SO^2-₄。平原区地下水为Mg²⁺, Na⁺和HCO^-₃。滨海冲积海积平原为Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃型和Ca²⁺-Mg²⁺-Cl^--SO^2-₄型地下水。水化学分析证实了越流补给的存在。Ca²⁺ 和 HCO^-₃离子均呈山区高、山前和平原低、而滨海增高的趋势。沿潮白河流向地下水类型变化为:Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃ Na⁺＝K⁺-HCO^-₃ Ca²⁺-Mg²⁺-HCO^-₃。     

四苯硼钠—季铵盐质量滴定法分析钾含量研究

依据四苯硼钠—季铵盐容量法滴定K⁺离子的原理,采用质量滴定法,考察了滴定速度、松节油加入量对四苯硼钠与季铵盐反应的影响及共存离子(包括Li⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、SO2-₄、B₄O2-₇、CO2-₃)对K⁺含量测定结果的影响。当测定K⁺离子含量在5～15 mg范围内,松节油最佳加入量为25滴,分析误差< 0.3%。     

新型复合生物质锂吸附剂的制备及吸附性能研究

以KMnO₄、苯胺、LiOH和生物质碳气凝胶(BCA)为原料,通过水热沉积法得到了锰酸锂(LMO)负载的生物质碳气凝胶(BCA@LMO),并用HCl酸洗后得到了BCA@HMO复合锂吸附剂。利用IR、XRD、XPS、SEM、EDS、Mapping、BET等手段对其结构进行了表征。考察了pH值、离子强度、初始浓度、温度和吸附时间对锂吸附的影响。结果表明,复合吸附剂为介孔结构,其孔道内和表面具有丰富的锰酸锂颗粒,Li⁺的最大平衡吸附量在pH=12时为4.07 mmol·g-1,吸附过程符合Langmuir等温线和准二阶动力学模型,升高温度和碱性环境利于Li⁺的吸附。吸附机理为H⁺与Li⁺的离子交换。复合吸附剂较好地改善了锰系锂吸附剂固液分离困难的问题,该吸附剂在实际南翼山盐田和东台吉乃尔盐田卤水(2.92 mmol·g-1)中具有良好的吸附性能。因此,该吸附剂在卤水锂的分离中具有良好的应用价值和潜力。     

北极阿拉斯加巴罗地区现代环境的地球化学特征研究*

本文以北极阿拉斯加巴罗地区样品分析为依据,研究泻湖、淡水湖、河流、沼泽、土壤等的环境地球化学特征。结果表明,巴罗地区融冻物理风化作用强烈,化学风化和生物地球化学作用较弱,物质以机械搬运为主,H⁺为地带性标型元素。地表水化学类型阴离子以Cl^-为主,阳离子以K⁺Na⁺为主。现代沉积物、地表土壤、沼泽泥炭层有机质含量丰富,最高可达50.07%.大量元素SiO₂含量极高,稀有稀土元素、微量元素含量偏低,但Hg、Cd、Cr的含量相对较高。     

KNO3溶液结构:密度泛函理论和分子动力学研究

基于密度泛函理论,采用ωB97XD方法和6-311++G(d,p)基组,系统研究了[K(H₂O)_n]⁺,[NO₃(H₂O)_n]-和KNO₃(H₂O)_n水合团簇的结构和性质;并结合经典分子动力学、OPLS-AA全原子力场以及SPC/E水模型模拟了不同水盐比(WSR) KNO₃溶液,目的在于深入理解KNO₃溶液中K⁺和 NO-₃的微观水合结构,以及K⁺-NO-₃离子间缔合作用特征。研究发现,对于KNO₃(H₂O)_n (n=6,8,10和12)水合团簇,K⁺第一水合层稳定结构为四、五和六水合结构,其中五水合结构最稳定。K⁺和NO-₃主要以溶剂共享离子对形式存在。随着团簇尺寸减小,直接接触离子对(CIP)物种出现。同时,分子动力学模拟证实KNO₃溶液中形成了直接接触K⁺-NO-₃离子对,且随着溶液浓度增加,CIP物种形成需越过更大能垒。以上结果表明在KNO₃稀溶液中主要存在物种为水合K⁺和NO-₃,随浓度增大,单齿直接接触离子对(MCIP)逐渐出现。在高浓溶液或过饱和溶液中,K⁺-NO-₃离子缔合主要以单齿CIP和少量双齿CIP结构存在。     

Li+的水合结构和近似饱和水合层:基于密度泛函理论的研究

结合密度泛函理论,运用B3LYP/aug-cc-pVDZ方法对[Li(H₂O)_n]⁺(n=1~10)水合团簇的结构进行了研究。研究结果表明,在气相和液相中,四配位结构的[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇比其五配位的异构体稳定,即在水溶液中Li⁺易形成四配位的四面体结构。随着同时水分子数的增加,Li-O键长增大,Li⁺上的电荷密度减小。但是当水分子数大于4时,Li-O键长和Li⁺上的电荷密度变化很小。[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇中每个水分子的结合能计算结果表明,7个水分子已足以形成Li⁺的近似饱和水合层。另外红外光谱显示[Li(H₂O)_n]⁺水合团簇中O-H伸缩振动随着水分子数的增加发生蓝移,而~3 600 cm-1和~3 500 cm-1处的吸收峰是第二水合层与第一水合层、第三水合层和第二水合层的水分子形成氢键引起的。     

锡林河流域羊草草原暗栗钙土矿质氮动态变化

通过野外采样,分析了内蒙古锡林河流域三个不同放牧强度羊草草原0～30cm表层土壤中矿质氮（NH₄⁺-N+NO₃^--N）的浓度特征,研究了它们在生长季期间的含量变化情况。结果表明:羊草草原暗栗钙土中矿质氮主要以NH₄⁺-N形式存在,矿质氮含量仅占土壤全氮的0.20%～0.92%;土壤矿质氮含量随草地放牧强度升高而降低,围封禁牧多年的羊草样地矿质氮含量高于轮牧地和自由放牧地;生长季期间0～10cm、10～20cm和20～30cm各层次土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量随土壤温度、水分和植物生长吸收的变化而波动明显,不同深度土壤矿质氮的季节变化趋势基本一致,表层0～10cm土壤矿质氮含量波动幅度最大:在4月和7、8月份,NO₃^--N和NH₄⁺-N浓度分别出现峰值;NH₄⁺-N和NO₃^--N含量随采样深度增加而降低,各采样点0～30cm土壤中NH₄⁺-N含量均高于NO₃^--N。     

Li+,Na+,K+/Cl-,SO2-4-H2O五元体系25 ℃相图及其应用

Li⁺,Na⁺,K⁺/Cl-,SO2-₄-H₂O五元体系相图对于硫酸钠亚型富锂卤水分离提取锂盐、锂辉石加工利用和锂盐产品的开发利用工艺制定都有指导作用。20世纪50年代曾有人研究过这一体系25 ℃时的相图,限于当时的科研水平,液相组成确定不准确,对平衡固相的判断,后来诸多研究结果证明也有错误。50多年来再没有人研究这一五元体系相图。利用我们提出的Li⁺,Na⁺,K⁺/Cl^-,SO^2-₄-H₂O六元体系热力学模型,对该五元体系的平衡溶液组成和正确的平衡固相进行理论预测,给出了该体系的完整相图。结合硫酸锂混盐分离、加工实例阐述了该五元体系相图的应用。     

补水溶矿过程中达布逊湖北岸地下卤水水化学变化特征初步研究

以察尔汗盐湖达布逊区段补水溶采区为研究区,靠近补水渠的D01、D03以及D05水文观测孔地下卤水为研究对象,通过水化学、相图等分析方法,研究了地下卤水在固液转化过程中水化学的时空变化特征及其影响因素。研究结果表明,储卤层中卤水化学特性在空间上具有明显差异性。在纵向上,随深度增加Na⁺、SO₄2-浓度、pH值降低,而Mg²⁺、Cl-、HCO₃-、Li⁺、B³⁺浓度、TDS和比重升高;在横向上,D01孔中卤水具有较高的Na⁺、SO₄2-、HCO₃-、Li⁺浓度、pH值以及较低的TDS和比重;D03孔中卤水具有较高的K⁺、B³⁺浓度;D05孔中具有较高的TDS、比重、Mg²⁺、Ca²⁺、Cl-以及Sr²⁺浓度。揭示了卤水在盐层中的滞留时间、盐层渗透性差异、矿物组合与分布及温度变化是影响地下卤水水化学分布特征的主要因素,并初步研究认为补水溶矿具有局限性,D01孔受补水影响最大,D03孔次之,D05孔受补水影响较弱。     

纳滤法用于铝锂分离的初步研究

本文探讨了纳滤分离Al³⁺和Li⁺的可行性,研究了含盐量和铝锂比对分离效率的影响,提出了从锂云母浸出液中分离回收锂的新方法。实验结果表明,纳滤膜对Al³⁺和Li⁺的截留率随含盐量的升高而降低,其中Li⁺始终呈现负浓度梯度扩散的趋势,而Al³⁺的截留率始终稳定在99%以上。当含盐量为45 g/L时,铝锂分离因子最高可达248.33,膜面相应Zeta电位的绝对值达到最大。随着溶液中铝锂比的变化,Al³⁺和Li⁺的截留率分别在不同铝锂比的条件下出现拐点,溶液的pH呈现先下降后上升最后下降的复杂趋势。本实验研究发现,DK膜能够在酸性环境下实现高效的铝锂分离和锂的浓缩,从而为锂云母浸出液中锂的提取提供新的思路。     

土壤盐分特征对内陆盐沼盐生植物群落的影响

为研究内陆盐沼植物群落的分布对土壤盐分的响应特征,选取鄂尔多斯盐湖盐沼区作为研究区,筛选了肉质耐盐植物群落,苔草植物群落和禾草植物群落3类典型植物群落,开展了土壤含水量、pH、电导率以及Na_⁺,K_⁺,Mg2_⁺,Ca_{^{2 +}},Cl_^-、SO_4^2-、CO_3^2-和HCO_3^-的测定,分析了区内典型植物群落对土壤水盐因子的响应规律。探讨了3类植物群落之间土壤因子含量的差异性;采用相关性分析和CCA分析,评价了3类植物群落多样性及物种分布随土壤因子的变化规律。结果表明,区内3类植物群落中,土壤盐分含量表现为肉质耐盐植物群落最高,苔草植物群落最低,禾草植物群落居中;植物多样性与土壤中含量最高的Na_⁺和SO_4^2-的相关性最显著;植物分布同时受到土壤盐分、水分和pH的显著影响。研究结果可为鄂尔多斯盐湖区土壤盐渍化改良和植被恢复提供理论支撑。     

西藏鄂雅错盐湖砷和汞的分布特征研究

本研究对西藏鄂雅错盐湖和主要支流中不同形态的砷(亚砷酸盐As(Ⅲ)、砷酸盐As(Ⅴ)、一甲基砷酸MMA、二甲基砷酸DMA)和总汞(THg)含量进行了测定,并与主要水质参数进行相关性分析研究,结果表明鄂雅错盐湖As主要以As(Ⅴ)形态存在,其次分别为As(Ⅲ)、DMA和MMA,其中无机砷的含量明显大于有机砷。相比较其他砷的形态,盐湖中As(Ⅲ)与主要水质参数的相关性显著,与总溶解性固体(TDS)、总溶解态氮(DTN)呈显著的强正相关性,与水温、溶解氧 (DO)、氧化还原电位(Eh)、pH呈显著负相关性。总汞浓度较低,且与主要水质参数相关性不显著。通过风险评价发现鄂雅错湖水中砷存在一定的致癌健康风险,汞不存在风险。本研究丰富了西藏盐湖和支流水体中砷、汞分布特征及其环境影响因素的认识,对于环境保护具有一定的意义。     

昌都地区晚侏罗达孜剖面粘土矿物组合特征及其成岩环境意义

昌都地区位于西藏东部,区内有蒸发岩大范围分布。本文通过对昌都地区晚侏罗含膏盐达孜剖面粘土矿物类型及其组合特征进行深入研究,对成岩环境进行了分析,可为进一步探讨蒸发岩对青藏高原演化的响应关系提供一定的线索和依据。主要得到如下4点认识：(1)达孜剖面粘土矿物以伊利石为主,伊利石/蒙脱石混层次之,高岭石、绿泥石和绿泥石/蒙脱石混层含量均较低。(2)ISⅡ型有序伊/蒙混层矿物中,每隔9～19个伊利石晶层才有蒙脱石晶层出现,表明蒙脱石伊利石化程度高,受成岩作用影响较大。(3)达孜剖面呈晚成岩阶段的特征,其成岩温度大于190℃,沉积环境和成岩环境具有弱碱性的特征,同时这一时期物源区呈干燥、弱水解作用的特征。(4)高含量的Na_⁺、K_⁺、Al_³⁺和低含量的Fe_²⁺、Mg_²⁺碱性介质对蒙脱石-蒙脱石/伊利石-伊利石这一转化过程有一定的促进作用,但同时抑制了埋藏过程后期绿泥石的大量生成。     

离子液体([C6MIm])从体相电迁移至水相研究

离子在离子液体/水溶液二元系统中的电迁移行为在很多领域受到了越来越多的关注。本文通过研究不同条件下离子液体离子在电极液中的浓度变化,系统地研究了电极溶液酸—碱度,电极溶液中电解质浓度以及离子液体中溶解LiN(CF₃SO₂)₂与否对[C₆MIm]⁺离子电迁移的影响。总的来说,随着电流的增加,[C₆MIm]⁺离子向阴极水溶液的迁移量随之增加,向阳极水溶液的迁移量随之减少;然而N(CF₃SO₂)₂-离子向阳极水溶液的迁移量随之增加,向阴极水溶液的迁移量随之减少。当电极溶液为碱性,[C₆MIm]⁺离子的迁移量明显减少。在电极溶液中溶入LiN(CF₃SO₂)₂时或者将LiN(CF₃SO₂)₂溶入离子液体时,[C₆MIm]⁺离子的迁移量也明显受到抑制。     

柴达木盆地中西部背斜构造深层卤水水化学特征与成因

柴达木盆地西部背斜构造深层卤水资源勘查和评价成果显示,第三系背斜构造赋存深层卤水,具有良好的资源成矿条件,且潜力大。采集柴达木盆地中西部(一里坪拗陷和三湖拗陷)9处背斜构造深层卤水,分析了其水化学特征与成因。结果表明,深层卤水矿化度一般低于150 g/L,水化学类型均为氯化物型;K⁺、Na⁺、Mg²⁺含量较低,不具找矿价值;而B₂O₃、Li⁺含量普遍高于评价指标,Br-、I-含量普遍高于综合评价指标,为主要成矿元素;卤水的元素特征系数和分布规律及微量离子组成揭示,深层卤水是大气降水溶滤盆地周缘岩浆岩和火山岩及火山热泉的补给后,汇入古近纪—新近纪湖盆经蒸发浓缩封存在地层中的沉积卤水。     

冠醚/离子液体体系对锂离子萃取动力学的研究

本文通过恒界面池法研究了以4’—乙酰基苯并—15—冠—5作为萃取剂和1—丁基—3—甲基咪唑双[(三氟甲基)磺酰基]酰亚胺作为协萃剂的萃取体系从高浓度水溶液中提取锂的动力学。研究了搅拌速度、平衡时间、温度、界面面积和传质阻力区对锂离子传质速率的影响。结果表明,界面膜的厚度在1 600 rpm~2 000 rpm 转速范围内是逐渐变薄的,并且在1 800 rmp~2 000 rmp转速范围内是没有变化的,说明锂离子传质速率1 800 rmp~2 000 rmp转速范围内是不变的;在锂离子的萃取平衡时间为40 min;萃取过程的传质阻力主要来自有机相;该萃取过程是混合控制的动力学过程;在两相界面上发生的萃取反应。通过研究锂离子、冠醚离子液体的浓度,锂离子的动力学方程可表达为:νLi,0=10-3.843±0.001·[Li⁺]⁰.907 1·[⁺] 0.832 8·[AcB15C5] 0.855 5。通过两相界面处形成锂离子最终配合物的传质速率步骤推导出锂的提取机理,这与实验结果一致。     

浙江瑶琳洞风化碳酸钙景观复生试验

目前,世界上80%以上的风景旅游洞穴,开放后,大量游客涌入和高能景观灯的应用,洞穴环境及能量埸和化学埸发生了巨大变化,洞穴碳酸钙景观遭受严重破坏,其景观的美学价值大大降低。文中论述了在已遭风化破坏的碳酸钙景观上滴喷高Ca⁺²碱液,吸收洞穴空气CO₂,形成CaCO₃沉积层的试验。试验结果表明,Ca⁺²碱液滴喷技术可以恢复风化碳酸钙景观的美学度,同时又降低洞穴空气中的浓度,改善洞穴环境。     

Na+,K+,Rb+,Cs+//SO2-4-H2O体系固液相平衡热力学模拟

锂云母、铯榴石等矿物的硫酸盐焙烧浸出,是从中提取锂铷铯钾等碱金属元素的重要步骤,所得硫酸盐浸出液可近似看作Li⁺,Na⁺,K⁺,Rb⁺,Cs+ // SO₄2--H₂O六元水盐体系;其在浓缩过程呈现复杂的成盐特征,增加了各碱金属元素分离提取的难度,研究其相关水盐体系相图和相平衡性质对理解浸出液中碱金属的分离具有重要的理论指导意义。本文采用Pitzer-Simonson-Clegg超额Gibbs自由能方程和具有内在热力学一致性的CALPHAD方法,构建了Na⁺,K⁺,Rb⁺,Cs⁺//SO₄2--H₂O五元体系的多温固液相平衡热力学模型。借助该模型:1)实现了对Na₂SO₄₊Rb₂SO₄₊H₂O、Na₂SO₄₊Cs₂SO₄₊H₂O和K₂SO₄₊Cs₂SO₄₊H₂O三元体系的多温溶解度等温线的准确描述,并进一步构建了这些体系在240.15~380.15 K温度范围内的多温相图;2)实现了对K₂SO₄+Rb₂SO₄₊H₂O和Rb₂SO₄₊Cs₂SO₄₊H₂O体系中存在的固溶体相—水溶液平衡关系的准确描述,确认了(K,Rb)₂SO₄连续固溶体、以及(Rb,Cs)₂SO₄(α)和(Rb,Cs)₂SO₄(β)间断固溶体存在的合理性;3)预测了上述五元体系中所包含的全部4个四元子体系(Na₂SO₄₊ K₂SO₄₊ Rb₂SO₄+H₂O、Na₂SO₄ + K₂SO₄₊Cs₂SO₄₊ H₂O、Na₂SO₄₊ Rb₂SO₄₊Cs₂SO₄ + H₂O和K₂SO₄₊Rb₂SO₄₊Cs₂SO₄₊ H₂O)的相图,明确了四元相图中固溶体的类型及形成区域。然而,模型预测结果与现有四元体系实验数据间存在普遍的不一致性,尤其是固溶体形成区域,但模型预测结果从非实验角度给出了重要参考,对现有实验提出了挑战,未来对这些体系开展更为精细的实验研究非常必要。