铁（氢）氧化物悬液中磷酸盐的吸附-解吸特性研究

铁（氢）氧化物对P的吸持和释放在一定程度上决定着P的生物有效性和水体富营养化。以两种环境中常见晶质铁氧化物（针铁矿和赤铁矿）为对照,采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、热重分析（TGA）和孔径分析以及动力学和吸附-解吸热力学平衡等技术方法,研究了弱晶质水铁矿对P吸附-解吸特性,并探讨了相关机制。实验表明,三种矿物对P的吸附分为起始的快速反应和随后的慢速反应,它们均符合准一级动力学过程,反应中OH释放明显滞后于P吸附,P吸附经历了从外围到内囤配位、单齿到多齿配位过渡的过程,与晶质氧化铁比,水铁矿吸附容量和OH释放量更大、慢速吸附反应更快、存在缓慢扩散反应阶段,吸附容量依次是：水铁矿（436μmol／m^2）〉针铁矿（262μmol／m^2）〉赤铁矿（228μmol／m^2）,针铁矿和赤铁矿吸附P符合L（Langmuir）模型,而水铁矿更符合F（Fremldlictl）模型。中性盐介质（KCl）中在最大吸附量时P的解吸率依次为：水铁矿（85％）〈针铁矿（10％）〈赤铁矿（125％）,柠檬酸通过配体解吸和诱导溶解两种机制促进P的解吸,最大吸附量时解吸率依次是：针铁矿（25％）〈水铁矿（32％）〈赤铁矿（50％）。     

基于漫反射光谱的铁氧化物定量分析在南方黄土中的适用性研究

基于漫反射光谱(DRS)的铁氧化物定量分析已用于北方黄土的研究,而在南方黄土中的适用性尚不清楚。本文选取江西九江黄土为研究对象,采用柠檬酸钠-重碳酸钠-连二亚硫酸钠(CBD)方法去除其中的游离铁,以此为基体分别加入不同比例的赤铁矿和针铁矿,通过多元线性回归方法建立了标样的铁氧化物含量与光谱反射率之间的校准方程。经检验,校准方程应用于未经CBD处理的剖面天然样品时,获得的赤铁矿含量较准,而针铁矿含量不准。原因可能在于:(1)混合体系中,赤铁矿与针铁矿互为基体,赤铁矿对针铁矿的干扰远大于针铁矿对赤铁矿的影响,这种差异在南方地区尤为明显;(2)CBD处理不能完全清除南方黄土中的针铁矿,可能与样品中含有部分结晶较好、粒度较粗的针铁矿有关,这也增加了针铁矿定量分析的不准确性;(3)铝的同晶替代现象对南方黄土影响更为显著,其中受晶格结构等影响,针铁矿的铝替代量比赤铁矿更大,可能对定量分析结果的准确性影响也更大。因而在南方黄土中,基于DRS的铁氧化物定量分析方法对于赤铁矿是适用和有效的,对于针铁矿的应用则需要慎重。     

赤铁矿的定量化及其气候意义

赤铁矿是自然界中相对稳定的铁氧化物, 主要形成于有氧的湿热环境中, 在热带或亚热带地区广泛分布, 记录了重要的环境气候信息。其含量变化是研究干湿变化的良好指标。目前, 对其进行有效的定量化一直是个难题。相对于粘土矿物等基质, 磁性矿物在土壤中的含量较低, 很难用常规方法对其进行定量化测量; 其次赤铁矿磁性较弱, 很容易被其他强磁性矿物的信息所掩盖。但是, 赤铁矿具有较为独特的特征: 矫顽力高, 颜色为红色, 具有较强的染色能力。这些特征无疑是对赤铁矿进行定量化的突破口。结合前人工作以及作者对赤铁矿的系统研究, 本文综述了对赤铁矿进行定量化的可行性方法以及各种方法的局限性, 并对赤铁矿的气候意义进行了探讨。     

共存铁和锰氧化物氧化和固定Ce(Ⅲ)的机制

该研究通过批次和动态实验,考查含锰褐铁矿和合成针铁矿对Ce(Ⅲ)的氧化和固定作用,并在此基础上探讨共存铁和锰氧化物氧化和固定Ce的机制及地质意义。批次实验结果显示,含锰褐铁矿对Ce的氧化和固定有重要促进作用,在初始Ce浓度为6000μg/L,含锰褐铁矿添加量为1 g/L时,可在48 h实现对Ce的完全固定;初始Ce(Ⅲ)浓度在300～4500μg/L时,含锰褐铁矿对Ce(Ⅲ)氧化和沉淀的促进作用与Mn含量正相关,而合成针铁矿相对于无矿体系体现出抑制效应。动态实验结果显示,对高锰褐铁矿固定的Ce,其分布不受锰氧化物的制约,与铁氧化物的分布一致。对结果的分析表明Ce氧化和沉淀的过程为：吸附—氧化—CeO₂沉淀生成—CeO₂自催化氧化Ce(Ⅲ);锰和铁氧化物共存时,对Ce氧化和固定的贡献分别是：前者促进Ce氧化,后者通过静电吸附作用促进CeO₂的固定。研究对于解释“锰氧化物氧化Ce(Ⅲ)的能力强于铁氧化物,但二者共存时铁氧化物更易于固定Ce”这一地质现象有一定启示意义。     

铁(氢)氧化物矿物对有机污染物的光催化氧化作用

对水溶液中(氢)氧化铁的光催化氧化反应的发展与机理研究进行了总结,着重对近十年来应用针铁矿／过氧化氢进行光催化氧化环境中有机物的研究进展及其环境矿物学意义作了概述和探讨。采用天然生物矿化的纳米针铁矿／过氧化氢以偶氮染料甲基橙为光解模型物进行了光催化氧化的初步研究,结果表明铁细菌形成的针铁矿具有降解生物难降解的有机污染物的能力。在甲基橙溶液初始浓度为30mg／L,铁细菌矿化的针铁矿用量2．5g／L,反应体系H2O2的初始浓度97mmol／L,pH值为6．92,15W紫外灯照射2h后,甲基橙浓度可降低33％。     

铁氧化物氧同位素示踪原理及其在铁矿成因研究中的应用

铁氧化物(以磁铁矿和赤铁矿最为常见)是铁矿床中最主要的含铁矿物,其氧同位素地球化学对于铁矿的成因研究具有重要意义。本文在总结了铁氧化物氧同位素分馏理论、不同成因类型铁矿形成过程的基础上,对世界主要类型铁矿铁氧化物的氧同位素组成特征和分馏规律进行了总结,并以新疆智博、查岗诺尔、备战海相火山岩型铁矿为例,开展了磁铁矿氧同位素地球化学研究。结果发现,这些铁矿中磁铁矿氧同位素组成δ18OSMOW集中在1‰～3‰之间,表明其形成于岩浆作用主导的高温岩浆/岩浆-热液环境,后期低温热液作用对铁的成矿作用影响有限。     

铁锰氧化物对苯酚氧化降解的实验研究

为了考察铁锰氧化物对酚类污染物的氧化降解能力,采用天然以及合成的铁锰氧化物对苯酚的氧化降解进行对比实验研究。土壤中铁锰氧化物样品分别为天然针铁矿及氧化锰,合成铁锰氧化物样品分别为合成针铁矿及软锰矿。结果表明：苯酚与铁锰氧化物发生氧化还原作用时,还可能与土壤中杂质发生吸附等作用;铁锰氧化物还原反应强度随着反应介质pH值的升高而迅速下降;可用零级反应动力学方程拟合铁氧化物还原溶解反应,针铁矿溶解反应的强度与介质的pH值呈负相关关系;天然针铁矿对酚类污染物的氧化降解能力明显高于合成针铁矿,pH值对天然针铁矿溶解反应影响较大;可用一级指数衰减方程拟合锰氧化物还原溶解反应,锰氧化物溶解反应的强度与介质的pH值呈指数衰减关系;pH值对软锰矿还原溶解反应的影响大于对土壤中氧化锰的影响,pH值越小,影响越显著;对比pH值对铁和锰还原作用的影响发现,在pH=6.5时,锰氧化物仍有较强的氧化性能。     

坡缕石/磁性铁氧化物/TiO2复合光催化剂性能实验研究

用醇盐水解法、硫酸亚铁-硝酸钾氧化法制备TiO2光催化剂、坡缕石/TiO2复合光催化剂和坡缕石/磁性铁氧化物/TiO2复合光催化剂.通过XRD、TEM、UV-Vis和MS分析光催化剂的物相组成、形貌特征、对紫外可见光的漫反射以及磁化率,并以甲基橙为处理对象,对比研究了TiO2光催化剂、坡缕石/TiO2复合光催化剂和坡缕石/磁性铁氧化物/TiO2复合光催化剂的光催化效果.结果表明:坡缕石/磁性铁氧化物的复合能降低复合光催化剂中锐钛矿的平均粒径,提高锐钛矿的分散性.铁的复合是否提高光催化剂的光催化效率与催化剂的煅烧温度有关.坡缕石的复合对光催化剂的最佳煅烧温度有影响.     

天然铁锰氧化物及氢氧化物环境矿物学研究

带有表面电荷及含有变价元素的天然铁锰氧化物及氢氧化物具有良好的表面吸附与氧化还原等化学活性。在不同介质条件下 ,它们能不同程度地表现出对Cr6+,Pb2 +,Hg2 +,Cd2 +,As3 +,Cu2 +,Zn2 +,Co2 +,Ni2 +等重金属离子有吸附作用和对NO-3 ,PO3 -4 ,F-,S2 -等阴离子有吸附作用与氧化作用 ,并对苯酚、乙烷、乙烯、合成有机酸等有机物具有吸附和转化降解作用 ,还对CO2 ,NOx 和SO2 等具有分解转化作用。利用这些矿物的环境属性治理水体、土壤及大气污染的方法 ,具有成本低、效果好、无二次污染及有用金属可回收利用等优点 ,展现出广阔的环境矿物学研究与应用前景。     

常见硫化物的氧化作用及其环境效应

自然或人为采矿活动暴露的硫化物矿物的氧化作用，常产生一定范围的次生地球化学异常和严重的环境污染，在黄铁矿，方铅矿，闪锌矿，毒砂等硫化物矿物氧化过程中，S，Pb,Cd,As等有害元素将被有效释放而进入水体，并通过大气－水－土壤－植物－动物等途径危害人类。     

An EPR study of Mn2+ and Fe3+ in dolomites

Electron paramagnetic resonance (EPR) measurements on dolomites from 9 different localities revealed contents of Mn²⁺ on two axial sites in all of them. The center with largerzero-field splitting (ZFS) was always present in much higher concentrations, except for a sample from Oberdorf it amounted to 95 percent or more of the total. This dolomite was the only one with a considerable content of Fe³⁺ on one axial site, almost certainly substituting for Mg²⁺. With X-ray irradiation the concentration of Fe³⁺ increased by about 30 percent showing that at least some of the divalent iron also substitutes for Mg. The ZFSs for Fe³⁺ and Mn²⁺ with larger ZFS increase with decreasing temperature in the same manner. The previous assignment of this Mn²⁺ to Mg sites is thus confirmed. An almost regular increase of the trigonal distortions at the divalent ions in different carbonates with increasing ionic radius is indicated by their crystal structure data. The very small ZFS for Mn²⁺ on Ca sites in dolomite must thus result from a strong local relaxation in the direction of a more regular octahedral arrangement. It is difficult to explain the different distribution ratios of Mn²⁺ on Ca and Mg sites with differences in growth and/or annealing temperatures alone. Thus different supply of Mg²⁺ and Ca²⁺ in the growth solutions may also contribute.     

微生物—矿物相互作用之环境意义的研究

微生物-矿物的相互作用是地球上广泛发生的一种地质作用，它直接导致矿物的溶解和沉淀，并进而对环境产生重要的影响。微生物-矿物相互作用对环境修复具有重要意义，如金属还原细菌（DMRB）可通过与Fe^3 -氧化物矿物的相互作用催化氧化降解含芳香环的化合物如苯酸盐、苯、甲苯等，或催化还原降解（聚）硝基芳香化合物及四氯化碳等，还可通过表面吸附作用或氧化还原作用使一些重金属元素如U、Np等高毒性的污染物固着或形成不溶的矿物形式，从而有效去除其毒性。另外，微生物亦可催化氧化形成对环境有高度污染的酸性矿山废水（AMD）等，总之，深入研究微生物-矿物的相互作用对环境的影响具有重要意义。     

Temperature-dependent Fe2+–Mn2+ order–disorder behaviour in amphiboles

The partitioning of Fe and Mn between the large M(4) site and the octahedral sites, M(1,2,3) in the amphibole structure has been investigated in two natural manganogrunerites of compositions Ca_0.1Mn_1.9 Mg_1.25Fe²⁺ _3.56Fe³⁺ _0.38Si_7.81O₂₂(OH)₂ and Ca_0.24Mn_1.57 Mg_2.27 Fe²⁺ _2.76Fe³⁺ _0.32Si_7.84O₂₂(OH)₂. The long-range cation distribution in the two samples has been elucidated by in situ neutron powder diffraction revealing that Mn is preferentially ordered onto M(4) ? M(2) >M(1) >M(3) in both samples. Partitioning of Mn from M(4) into the octahedral sites begins at 350 °C, with site exchange energies of ?16.6 kJ mol^?1 and ?14.9 kJ mol^?1, in samples containing 1.90 and 1.57 Mn apfu, respectively. Mössbauer and infrared spectroscopy have been used to study the samples at room temperature, and Mössbauer data agree well with the diffraction results, confirming that high-temperature cation distributions are retained during cooling. The fine structure in the hydroxyl-stretching region of the IR absorption spectra has been used to discuss qualitatively the site occupancies of the coordinating M(1)M(3)M(1) triplet, linked by O(3). On the basis of such modelling, we conclude that a degree of local clustering is present in both samples.     

Time-resolved luminescence of Fe3+ and Mn2+ ions in hydrous volcanic glasses

 Time-resolved luminescence spectra of natural and synthetic hydrous volcanic glasses with different colors and different Fe, Mn, and H₂O content were measured, and the implications for the glass structure are discussed. Three luminescence ranges are observed at about 380–460, 500–560, and 700–760 nm. The very short-living (lifetimes less than 40 ns) blue band (380–460 nm) is most probably due to the ⁴T₂(⁴D) →⁶A₁(⁶S) and ⁴A₁(⁴G) →⁶A₁(⁶S) ligand field transitions of Fe³⁺. The green luminescence (500–560 nm) arises from the Mn²⁺ transition ⁴T₁(⁴G) →⁶A₁(⁶S). It shows weak vibronic structure, short lifetimes less than 250 μs, and indicates that Mn²⁺ is tetrahedrally coordinated, occupying sites with similar distortions and ion–oxygen interactions in all samples studied. The red luminescence (700–760 nm) arising from the ⁴T₁(⁴G) →⁶A₁(⁶S) transition of Fe³⁺ has much longer lifetimes of the order of several ms, and indicates that ferric iron is also mainly tetrahedrally coordinated. Increasing the total water content of the glasses leads to quenching of the red luminescence and decrease of the distortions of the Fe³⁺ polyhedra. Received: 30 July 2001 / Accepted: 15 November 2001     

自然水体采集的生物膜上铁、锰氧化物的萃取分离

采用选择性萃取分离技术对自然水体采集的生物膜上铁、锰氧化物进行萃取分离研究,考察该技术的适用性。参考人工培养生物膜的萃取方法,分别用NH₂OH·HCl和Na₂S₂O₄为萃取剂选择性萃取生物膜上的锰氧化物和铁、锰氧化物。实验中分别依次只改变萃取剂浓度、萃取液酸度或萃取时间,保持其它两个因素不变,分别考察这三个因素对萃取效果的影响,从中选出对铁、锰氧化物萃取率高而对有机质影响小的条件为最佳条件。用选定的最佳条件对不同时间和地点采集的生物膜进行萃取,发现对目的组分的萃取率可达70.8%~94.6%,而对非目的组分的影响很小（3.3%~11.0%）,满足萃取分离的要求。这说明选择性萃取技术可以广泛应用于自然水体采集的生物膜上铁、锰氧化物的萃取分离。     

西藏蛇绿岩的超高压矿物：FeO、Fe、FeSi、Si和SiO2组合及其地球动力学意义

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的东段，出露罗布莎蛇绿岩块和豆荚状铬铁矿床。从豆荚状铬铁矿石中查明60－70种伴生矿物，其中包含FeO、Fe、FeSi、Si和SiO2组合。根据超高压－高温实验，该组合应形成于地球外核与下地幔之间的D“层，是地球外核的液态铁与镁硅酸盐钙钛矿（MgSiO3)相互化学反应的产物。西藏该超高压矿物组合揭示了蛇绿岩地幔活动可能深达地球外核。罗布莎蛇绿岩的该矿物组合可能是地幔－外地核之间的产物，或者是被对流作用，亦是被起源于D“层的地幔柱活动带到上地幔的。铬铁矿在地幔中结晶，并捕获了该矿物组合。     

Crystal Chemistry Research of Minerals of Nigerite Group and Its Significance

SinceJacobsonandWebb (194 7)firstlyfoundthenigeriteinNigeria ,mineralogistshavefounditinmanycountriessuchasRussia (EastSiberia ,195 8) ,China(Hunan ,196 3) ,Portugal (196 5 ) ,Australia (1976 )andsoon .Greyetal.(1979)determinedaccuratelythecrystalstructureofnigerite (2 4R) .In 1988,Chenfoundakindofendmembermineralofnigerite ,whichisMg riched .ByapprovingofCommissiononNewMineralsandMineralNames (CNMMN) ,thismineralwasnamedpengzhizhongite .Inthepast ,somemineralogistsdidnotfurtherdis t…     

Reduction Rates of Sedimentary Mn and Fe Oxides: An Incubation Experiment with Arctic Ocean Sediments

To test the hypothesis that manganese- and iron-reducing bacteria in marine sediments respond rapidly to seasonal pulses of fresh organic carbon settling to the sea floor, we amended wet metal oxide?Crich and metal oxide?Cpoor sediments from the Beaufort Sea, Canadian Arctic, with organic carbon in the form of shrimp powder and incubated them at room temperature. Neither Mn nor Fe was released to the aqueous phase from unamended metal oxide?Crich sediment during a 41-day incubation, but both elements were released from sediment aliquots amended with organic carbon. Dissolved Mn appeared in the aqueous phase after a lag period of 2 days or less and reached levels as high as 600 ??mol l^?1 before levelling out. The release of dissolved Mn was accompanied by a decrease in the concentration of solid-phase reducible Mn. Dissolved Fe did not appear until 2 weeks into the incubation and only after the concentration of dissolved Mn had levelled out. For low concentrations of amended organic carbon (0.3%), the kinetics of Mn reduction fit a second-order rate law with a rate constant k = 2 × 10^?3 g ??mol^?1 day^?1, but at intermediate and high organic carbon concentrations (0.7 and 1.3%), the reduction kinetics was better described by a pseudo-first-order rate law with a rate constant k?? = 1.6 × 10^?1 day^?1. A pulse of organic carbon settling to the sea floor can trigger reduction of Mn and Fe oxides within a few days in strongly seasonal sedimentary environments, such as in the Arctic.     

粘土矿物的环境意义以及对土渗透性的影响——以贵州普定为例

喀斯特地区的水文地质条件是生态环境保护和水土保持的物质基础。笔者等针对贵州典型喀斯特地区的第四系覆盖层进行相关水文地质研究,在普定陈旗堡村南的山坳坡地上,选择典型地质剖面,通过现场水文地质试验、室内渗透试验、物理性质试验以及矿物成分分析,测定土体的物理性质、矿物成分和渗透性,研究了喀斯特地区表层土体粘土矿物的环境指示意义。研究结果表明,喀斯特地区土体渗透系数受土体结构、粒度成分、矿物成分以及植物根系影响。同时土体中的蒙脱石遇水膨胀减弱了粘性土的粘聚力,并导致土粒易被冲蚀,不利于水土的保持,这也说明生态植被的保护和恢复对于水土保持非常重要。