五氯苯酚在氧化物和粘土矿物表面吸附:表面反应模式及其环境意义

石英、高岭石、伊利石、蒙脱石和铁氧化物对五氯苯酚(PCP)吸附的pH关系等温线和浓度关系等温线已用批量平衡技术进行研究。所有矿物的pH关系等温线都表现出典型的峰形曲线特征,峰位在pH=5~6之间,依矿物不同而不同。基于矿物表面羟基位化合态和PCP的化合态考虑,研究提出一种包含表面络合反应和表面静电吸附反应的模式,对pH关系等温线计算拟合发现有很好的相关性。模式计算还表明,石英和层硅酸盐矿物对PCP吸附以表面络合反应为主,而氧化铁矿物则既包含表面络合反应,又包含表面静电吸附反应,但以后者占主导,其反应平衡常数比前者大1~3个…     

氧化铁矿物对五氯苯酚表面吸附实验及其反应模式

批量法实验研究表明,五氯苯酚 (PCP)在合成的针铁矿、纤铁矿和赤铁矿表面吸附的浓度等温线为饱和型特征,可用 Langmuir公式拟合,而 pH吸附等温线为峰型曲线,峰值在 pH≈ 5. 矿物表面化合态和 PCP溶液离子化合态分析与计算表明, PCP在氧化铁矿物表面存在两种吸附反应模式,即表面静电吸附反应和表面络合吸附反应,表面静电吸附反应常数比表面络合吸附反应常数高 1～ 2个数量级.并进一步从反应机制上证明了憎水型可离解有机化合物 (HIOCs)在矿物表面吸附的模式与趋向性.     

高岭石等粘土矿物对五氯苯酚的吸附及其与矿物表面化合态关系

高岭石、蒙脱石和伊利石三种粘土矿物对五氯苯酚的吸附实验研究表明,其pH等温线为峰型曲线,三种矿物在pH<3时基本不吸附,在pH≈5或6时有一吸附峰,此后在pH≈6.5或7时有一低值,当pH>7时,高岭石和蒙脱石两矿物吸附量又表现出上升趋势。三种矿物表面位的化合态分析证明,吸附属于表面络合型,其峰型特征起因于矿物表面两种羟基位的化合态浓度和五氯苯酚的离子态浓度均随溶液pH变化而变化。     

合成铁氧化物矿物对苯酚的吸附实验研究

采用TEM、X射线衍射分析及BET比表面积测定等手段对合成的针铁矿、赤铁矿两种矿物进行表征,对此两种矿物对苯酚的吸附特性并批处理吸附实验研究结果表明,针铁矿对苯酚的吸附量大于赤铁矿的吸附量;针铁矿吸附苯酚的pH吸收边为峰型曲线,且峰值在pH 7～8。Langmuir方程拟合结果的吻合程度较之Henry线性方程与Freundlich方程高。实验中氧化铁矿物表面对苯酚的吸附则主要表现为表面分子吸附,可能存在表面疏水性作用,而静电离子交换和表面配合吸附模式不明显。     

铁氧化物矿物对苯酚和溶解性有机质表面吸附的初步研究

文中以铁氧化物矿物对苯酚和溶解性有机质(DOM)的吸附研究为例开展生态矿物学研究。铁氧化物矿物的吸附作用存在多种机制,这些吸附机制发生作用的条件主要取决于溶液化学性质和吸附质的理化性质。批处理实验研究表明,苯酚吸附在酸性微酸性条件下不强,吸附等温线符合Langmuir方程,属于表面分子吸附模型;DOM的吸附强并发生吸附分异,配体交换、憎水键和范氏力等多种模式并存,在酸性中性条件下对DOM在针铁矿上的吸附起着重要贡献。本文实验条件下DOM吸附等温线近于线性,不能采用Langmuir方程拟合,可能原因是DOM浓度较低。矿物表面荷电性对吸附影响显著,例如,当矿物表面净电荷为零(pH=pHpzc)时,矿物表面水化膜减薄甚至消失,苯酚分子、憎水DOM分子或片断都会倾向于在矿物表面上吸附。由于苯酚吸附机制单一,其受到的影响很明显,所以苯酚在pH值7～8范围内出现吸附最大值;由于配体交换作用主要发生在酸性微酸性条件下,所以在本文pH值约7.5的实验条件下,尽管配体交换仍在发生作用,但它不是主要吸附机制,针铁矿对DOM吸附的主要贡献应是憎水键和范氏力作用,此外,DOM吸附等温方程近于线性还可能与此有关。显然,铁矿物表面作用在对有机质含量低而铁矿物含量高的红壤中污染物和DOM的固定与归宿控制中扮演着重要的角色。     

硅酸盐细菌在矿物表面上的吸附及其选择性——以正长石和黑云母为例

以硅酸盐细菌和正长石、黑云母为实验材料,研究了正长石和黑云母单独存在以及二者共存时,吸附时间和细菌浓度对硅酸盐细菌在其表面上吸附行为的影响。研究结果表明:1)硅酸盐细菌在正长石和黑云母上单位面积吸附量达到最大的时间分别为40min和30min,对应的细菌浓度分别为25×106个/mL和30×106个/mL;2)在细菌浓度相同时,无论是在正长石和黑云母单一矿物体系还是在二者共存体系中,正长石表面的单位面积吸附量始终大于黑云母;3)在正长石和黑云母共存体系中,硅酸盐细菌倾向于选择性吸附在正长石上,而且细菌浓度越大这种倾向越明显。实验结果有可能为研究矿物的微生物风化机理提供重要的信息。     

高表面活性矿物对Zn~(2+)的吸附机理及其环境意义

本文利用高表面活性矿物蒙脱石、蛭石、沸石在一定的介质条件下对Zn2 +进行吸附实验研究。蒙脱石和蛭石对Zn2 +的等温吸附线呈双“S”型 ,而沸石对Zn2 +的等温吸附线则呈“Langmuir”型。三种矿物对Zn2 +的吸附容量大小顺序为 :蒙脱石 >蛭石 >沸石。运用粉晶X射线衍射、红外光谱、差热及热重分析等技术对矿物及矿物吸附Zn2 +后的结构特征进行了研究。结果表明 ,蒙脱石吸附锌后其层间域中吸附锌大量水解形成新的物相 ,而蛭石与沸石吸附锌后水解很少。这为利用高表面活性矿物控制和治理环境污染及其可循环利用提供了理论依据。     

Adsorption of Pentachlorophenol onto Oxide and Clay Minerals： Surface Reaction Model and Environmental Implications

The adsorption of pentachlorophenol （PCP） onto quartz, kaolinite, illite, montmorillonite and iron oxides has been investigated by batch equilibrium techniques. The pH-dependent isotherms are curves with peak values, the position of which is at about pH = 5-6 depending on the mineral species. Based on distribution of both speciation of surface hydroxyls on minerals and PCP in solution a surface reaction model involving surface complexation and surface electrostatic attraction is presented to fit the pH-dependent isotherms, and both reaction constants are calculated. The results show that on quartz and phyllosilicate minerals the predominant adsorption reaction is surface complexation, meanwhile both of surface electrostatic attraction and surface complexation are involved on the iron oxide minerals. The reaction constants of surface electrostatic adsorption are usually one to three orders in magnitude, larger than that of surface complexation. The concentration-dependent isotherms can be well fitted by Langmnir equation with the correlation coefficient R〉0.93 for kaolinite and iron oxides. The maximum adsorption is found in the order： hematite 〉 lepidocrocite 〉 goethite 〉 kaolinite 〉 quartz 〉 montmorillonite ≈ illite, which can be interpreted by consideration of both reaction mechanism and surface hydroxyl density. The significant adsorption of PCP onto mineral surfaces suggests that clay and iron oxide minerals will play an important role as HIOCs are adsorbed in laterite or latertoid soil, which is widespread in South China.     

Speciation of adsorbed arsenate on the surface of hydrous iron oxide

Adsorption of arsenate on hydrous iron oxide is an important process controlling geochemical cycling of arsenic in environment as well as the fate of arsenic-bearing mining wastes. The widely accepted view on the mechanism of adsorption is that arsenate is adsorbed via bidentate binuclear inner-sphere complexation. In this study, we characterized the arsenate-hydrous iron oxide sorption solids synthesized at pH=3-8 using Fourier transformed infrared spectroscopy （FTIR） and X-ray diffraction （XRD）. It has been determined that poorly crystalline ferric arsenate developed on the surface of iron oxide when arsenate was sorbed at acidic pH, while at alkaline pH the adsorption of arsenate was via bidentate complexation.     

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.     

Natural minerals and divided solids: methodology for understanding surface phenomena related to industrial uses and environmental problems

This introductory paper aims at presenting the series of articles in this special issue of Comptes Rendus Geoscience devoted to the study and use of natural minerals. The research methodology that can be applied to the investigation of surface phenomena related to adsorption, exchange and retention onto the surface of natural minerals and divided solids is presented. A special focus is given to the retention of surfactant molecules, in view of their considerable importance in numerous industrial fields, such as, for instance, mineral flotation and enhanced oil recovery. Throughout this introductory paper, the relevance of this research approach to the field of geosciences is stressed by listing various applications where it can provide conclusive answers, especially for environmentally related issues. To cite this article: J.-M. Cases, C. R. Geoscience 334 (2002) 585–596.     

页岩气开采的相关实验、模型和环境效应

页岩气是一种重要的非常规天然气资源,正在改变世界能源、经济和政治格局。渗透率是评价页岩气藏商业开采可行性的重要参数之一,由于页岩的致密性,页岩气的流动机理不同于常规气藏,因此,页岩储层渗透率测试和页岩气流动模型已成为当前国际研究的热点课题之一。在对页岩气开采技术简单介绍的基础上,综述了页岩储层渗透率测试的试验和理论研究现状,分析了气体吸附对页岩渗透率的影响。阐述了页岩气流动模型的最新进展,分析了双重孔隙模型描述气体迁移的准确性,提出了描述均匀储层中页岩气解吸-扩散-渗流多级运移模型。评述了页岩气开采的温室效应和对地下水的影响,并简单介绍了适合页岩气开采的新技术即无水压裂开采技术,即采用CO2对页岩气藏分段压裂,同时将CO2埋存于废弃井中。最后,对页岩储层渗透率测试和页岩气流动模型研究的新发展以及无水压裂技术进行了展望。     

西藏玉龙斑岩铜矿床绢云母族蚀变矿物短波红外光谱特征及对勘查的指示意义

玉龙斑岩铜矿晚期绢云母化、黏土化蚀变强烈叠加在早期的钾硅酸盐化带内,模糊了蚀变分带特征及其与铜矿化之间的相关性.利用短波红外光谱(SWIR)可快速识别斑岩铜矿床内含羟基蚀变矿物,根据该类矿物的空间分布特征与矿化的对应关系,指导找矿勘查工作.本文对玉龙铜矿床靠近斑岩体中心的三个钻孔进行了详细的蚀变-矿化编录和SWIR分析...     

红壤酸化过程中铁铝氧化物矿物形态变化及其环境意义

铁铝矿物对土壤中有机质的稳定保持具有十分重要的作用。酸化作用的研究表明,随着浸泡时间的增加,红壤中铁铝总量降低,铝溶蚀较严重;红壤中铁铝氧化物的矿物形态变化表现为:游离态晶质铁铝氧化物大量溶出,而无定形和络合态变化不大。酸性条件下有机质溶出显著,说明除了可能发生水解作用外,游离态铁铝的溶出也起着关键性作用。此外,SEM观察也表明酸化作用引起了土壤团聚体结构的破坏。