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.      

天然有机质与矿物间的吸附及其环境效应的研究进展

本文综述了天然有机质与矿物间吸附行为的研究进展.具体介绍了天然有机质与矿物间的吸附机理,包括配位交换、范德华力、静电引力、疏水作用、离子交换及阳离子桥;阐述了不同分子大小及亲疏水性组分的天然有机质在矿物上的吸附行为;讨论了影响吸附行为的环境条件（pH,离子强度）及天然有机-矿物体系对全球碳循环、重金属和有机污染物产生的环境效应,并提出了研究展望.     

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,…     

天然矿物材料在复合材料中的应用价值

本文介绍了复合材料的特殊工业意义、发展前景及天然矿物在复合材料中的利用价值，天然矿物和复合材料的关系及应注意的问题。     

纳米矿物与纳米矿物资源

为促进对纳米矿物及纳米矿物资源的认识、深入研究及开发应用,阐述了矿物纳米颗粒、纳米矿物狭义和广义概念、纳米矿物形貌分类和主要类型,并从晶体结构和晶体化学理论讨论纳米矿物形成和稳定的本质,即纳米矿物和矿物纳米颗粒形成分别受内因和外因控制.阐明了纳米矿物学研究内容及其在关键带研究的重要性,提出了纳米矿物资源的概念、属性及其开发利用的方向.      

TiO2/蛭石复合材料的制备及光催化性能研究

以天然层状蛭石为载体,钛酸四丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/蛭石复合光催化材料,利用XRD、SEM、TG-DTA、FTIR和BET等分析技术对催化剂进行了表征,通过对甲基橙溶液的降解实验检测了其光催化活性。探讨了催化剂用量、甲基橙初始浓度、pH值、煅烧温度等对光催化效率的影响规律。结果表明:采用溶胶-凝胶法制备的TiO2/蛭石经过200℃焙烧后,具有较好的光催化效率,利用300 W的高压汞灯紫外光辐照90 min,甲基橙溶液的脱色率达99%,COD去除率达81%。     

大型天然水体的环境效应研究

结合典型实例,论述大型天然水体－－堰塞湖从形成到消亡过程中产生的灾害链和环境效应链,包括堰塞湖的淹没、边岸再造、堰塞沉积物、次生洪水、永久性不良地质环境的灾害和环境效应对人民生命财产的威胁,以及对水利水电、航运、公路和铁路工程的不良影响。     

TiO2-白云母纳米复合材料的制备及其表面化学特征

TiO2－白云母纳米复合材料属纳米薄膜材料，具有优异的珠光效应。本文利用化学液相沉积法制备出不同类型（单覆层、多覆层）的TiO2－白云母纳米复合材料，并利用扫描电子显微镜（SEM）和粉晶X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等手段对其进行了分析。SEM分析显示：所制备的TiO2－白云母纳米复合材料TiO2的颗粒直径在20－60nm之间，且颗粒均匀、界限清晰，表面平整。XRD分析表明：导晶剂Sn^4 对于提高TiO2向金红石转化起到了重要作用。XPS研究发现TiO2纳米镀层除Ti、O外还有以类同像替代Ti^4 形式存在的导晶离子Sn^4 和由载体白云母扩散的Si、Al、K成分。同时，表面O不足，偏离TiO2理想组成；随TiO2纳米镀层厚度的，TiO2逐渐接近理想成分；并且O（ls)、Ti(2p)向高结合能漂移，结合能增大，次外层比最外层组分具有较强的化学键合，最外层组分则表现出一定的化学活性。     

天然沸石对提高TiO2光催化活性的作用

以天然沸石为载体,研究了其负载TiO2后对甲基橙溶液的光催化降解效果,探讨了TiO2与沸石的结合类型。通过对负载前后反应动力学模式变化的研究,阐释TiO₂/沸石体系的光催化反应进程。从复合前后样品的AFM、IR、发射光谱变化上看,部分TiO₂与沸石载体形成了新的Ti－O－Si或Ti－O－Al的化学键。光催化实验结果和动力学分析显示,在反应的初始阶段,当TiO₂中引入多孔的沸石载体后,催化剂对甲基橙的降解过程由原来纯粹的吸附控制模式向反应控制模式转变,但还没有达到纯粹的反应控制的程度。沸石载体是通过提高吸附过程的速率,来提升初始阶段的光催化反应速率（R₀）的。     

矿物环境属性与无机界天然自净化功能

本将矿物学研究从岩石圈拓展到水圈、大气圈、生物圈与土壤圈之间交互作用的矿物环境属性范畴，研究表明，矿物可成为记录环境演变信息的载体；防止矿物的破坏与分解有可能减少甚至避免由此所造成的对人体健康的影响与生态环境的破坏；矿物与生物交互作用的研究与天然矿物治理污染物的是建立在充分利用自然规律的基础之上，体现了天然自净化作用的特色。天然矿物对污染物的净化功能主要体现在环境矿物材料基本性能方面。天然铁的硫化物，铁的氧化物，锰的氧化物、钛的氧化物。蛭石，有机蒙脱石和含高价阳离子蒙脱石，以及黄钾铁矾等均在处理无机与有机污染物方面展现出良好效果，矿物与其环境界面原子尺度相互作用过程研究，矿物内部结构缺陷影响矿物表面活性规律研究，矿物晶体结构中不同维次连通性孔道效应研究,矿物化学活性作发化污染物方法研究，以及矿物晶芽与生物细胞层次上交互作用净化污染物机理研究等，将是近期着力开发无机界矿物天然自净化功能的重点研究内容。     

环境矿物材料基本性能：无机界矿物天然自净化功能

重点阐述环境矿物材料基本性能，包括矿物表面吸附、孔道过滤、结构调整、离子交换、化学活性、物理效应、纳米效应及与生物交互作用等，旨在发掘、凝炼并新提出物理方法和化学方法之后与有机界生物同效的无机界矿物天然自净化功能的基础理论与应用方法，以发展和完善无机矿物与有机生物所共同构筑的自然界中存在的天然自净化系统，并就目前笔者在黄铁矿、锰钾矿、金红石、蛭石、蒙脱石、苋铁铁钒等天然矿物方面已经完成和正在开展的一系列环境矿物材料研究工作进行了举例说明。     

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。     

Environmental Effects of Micro- and Ultra-microchannel Structures of Natural Minerals

The micro-channels usually refers to structural channels of minerals with aperture in the range of 0.3 nm to 2.0 nm. Such microchannels include, Mn-O octahedron channel filled by K in cryptomelane, and channel constructed by Si-O and AI-O tetragonal molecular sieve filled by Na and Ca in zeolite, and effectively have the function of molecular sieve. Here we point out that ultramicrochannels of natural minerals have apertures below 0.3 nm with the features of ionic sieves. The ultra-microchannels of mineral feldspar, accounting for half mass of the Earth＇s crust, have been largely ignored because the aperture is too small. In this work, we present that feldspar displays a certain degree of ion exchange and owns a feature of channel structure under both high and low temperatures. At high temperature, Na^＋ can enter the channels of feldspars. The content of Na2O in feldspar increases up to 15.9%. At middle temperature, Pb^2＋ can also enter the channels of feldspar as the result of ion exchange, leading thus to the formation of Pb-feldspar. At room temperature, about 97.94% Cd^2＋ can be removed and Cd-feldspar can be obtained. These phenomena indicate typical effects of ultra-microchannels of feldspar, which may be suggested as a potential for the treatment of heavy metal pollution and nuclear waste. The ultra-microchannels of natural minerals have played special role in migration and exchange of geomaterials. The molecular sieves of microchannels of a few natural minerals have the property of purifying molecular gas pollution. And the ionic sieves of ultramicrochannels of most natural minerals can purify ionic water contaminates.     

天然矿物发光性能研究现状

矿物发光材料的发光是基于对能量的吸收和能级跃迁,其制备方法采用高温固相反应,利用天然的卤化物,硫化物,硅酸盐可开发出多种应用前景广泛的新型发光材料。     

永乐-平江地区自然重砂矿物组合及其地质意义

根据1：5万永乐幅及平江幅自然重砂全分析鉴定结果的统计，结合区域地质矿产特征，论证了雷公山南坡重砂的矿物组合。反映了青白口系（下江群番召组、清水江组、隆里组）及南华系沉积环境的变迁，其陆源碎屑均源于古扬子陆核。     

湖泊沉积物的矿物组成、成因、环境指示及研究进展

湖泊沉积物是不同地质、气候、水文条件下各类碎屑、黏土、自生/生物成因矿物以及有机物质等的综合体。沉积矿物蕴含着丰富区域和全球环境演变信息,如湖水的化学组成、流域构造、气候、水文以及人类活动的相互作用等。相关信息可以赋存在矿物外部微形貌、内部微结构、化学组成、物理和化学性质、同位素组成、谱学特征、成因以及共生组合等方面。因此,湖泊科学的许多关键课题都离不开矿物学,特别是在利用湖泊沉积物进行区域及过去全球变化研究中,深入的机理研究归根到底都要涉及矿物学,如流域化学风化作用、粒度组成、生物壳体化学组成、测年材料的选择等。然而,由于湖泊沉积物中矿物的多源性、复杂性,如何有效提取和解译其中的环境信息,是一项长期困扰研究者的课题,湖泊沉积矿物学的研究往往被许多研究者所忽视,中国的相关研究也较为薄弱。笔者综述了湖泊沉积物中碎屑、黏土、自生/生物矿物的矿物组合、特征、成因在（古）环境反演中的作用及最新研究进展,提出除了继续加强对湖泊沉积物中矿物来源、成因和古环境示踪的深入研究以外,矿物相间的转变及其对湖水和孔隙水组成的响应、一些非晶质或隐晶质及低丰度矿物相在湖泊化学和动力学中的作用也是很有潜力的研究领域,最后提出了研究中存在的一些问题、面对的挑战以及对研究前景的展望。     

基于环境磁学的生态系统演化和磁性矿物的关系

以广西区岑溪市一花岗岩风化壳为研究对象,利用环境磁学原理研究其上生态系统演替过程中出现的不同磁性矿物变化特征,讨论磁性矿物对生态系统变化的响应过程。研究区磁性矿物的显著差别,显示在湿热气候条件下生物、化学风化作用的参与,对磁性矿物的转变有明显的促进作用。     

环境矿物界面反应动力学

环境矿物界面反应动力学主要探讨地表中各种有毒、有害离子或分子与矿物表面之间的反应速率与反应机制。矿物表面存在一组化学活性很强的表面功能基，当它们与环境中毒害物质发生作用时，会因其极性、荷电性和Lewis酸碱性不同而表现出不同的作用力和反应速率，进而控制有毒、有害物质在大气、水体和沉积物中的赋存形态，稳定性及迁移转化速率。本文简要介绍了环境矿物界面反应动力学理论，并给出几个应用实例。     

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。