Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统还原有机污染物的研究进展

在土壤和沉积物的自然厌氧环境中,铁氧化物可被铁还原菌等微生物异化还原产生Fe(Ⅱ),形成的Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统具有还原活性,可使有机污染物还原转化。综述了含卤和含硝基有机污染物的非生物还原转化过程和表面结合铁系统与有机污染物之间的界面反应机理,进而揭示了污染物在环境中的赋存状态和迁移转化规律;重点分析了影响该还原过程的因素,如铁氧化物类型、pH值、Fe(Ⅱ)与铁氧化物接触时间,以及过渡金属、腐殖酸等竞争因子对反应过程的影响。强化自然界中天然的Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统在有机污染治理中的作用,在受污染环境修复领域具有广阔的应用前景。 [HT5H]关 键 词:[HT5K]     

全谱拟合定量研究气候对土壤成壤机制的约束:以鲁粤土壤剖面为例

以山东棕壤剖面和广东红壤剖面为研究对象,通过X射线衍射(XRD)和基于Rietveld技术的全谱拟合定量分析土壤中的矿物组成、在剖面上的含量变化并研究粘土矿物之间的相互转化关系,揭示气候对土壤成壤机制的约束。结果表明,2个剖面中的矿物组成不同:山东棕壤中非粘土矿物有长石、石英、方解石及少量的铁铝氧化物和闪石类矿物,粘土矿物有伊利石、绿泥石、高岭石和蒙脱石,且粘土矿物含量伊利石>绿泥石≈蒙脱石>高岭石;广东红壤的矿物组成为石英、赤铁矿、针铁矿、三水铝石、高岭石、伊利石和蛭石,其中高岭石>伊利石>蛭石。此外,两地的土壤中均含有少量的非晶质物质。山东气候干冷,以物理风化为主,化学风化较弱,原生闪石类原生硅酸盐矿物和易被溶蚀的方解石等仍有存留;广东气候湿热,化学风化强烈,存在明显的脱硅富铝作用,铁铝氧化物富集。3)利用定量结果计算的化学风化指数与矿物的变化是一致的。     

Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统还原有机污染物的研究进展

在土壤和沉积物的自然厌氧环境中,铁氧化物可被铁还原茵等微生物异化还原产生Fe(Ⅱ),形成的Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统具有还原活性,可使有机污染物还原转化.综述了含卤和含硝基有机污染物的非生物还原转化过程和表面结合铁系统与有机污染物之间的界面反应机理,进而揭示了污染物在环境中的赋存状态和迁移转化规律;重点分析了影响该还原过程的因素,如铁氧化物类型、pH值、Fe(Ⅱ)与铁氧化物接触时间,以及过渡金属、腐殖酸等竞争因子对反应过程的影响.强化自然界中天然的Fe(Ⅱ)/铁氧化物表面结合铁系统在有机污染治理中的作用,在受污染环境修复领域具有广阔的应用前景.     

水锰矿与Fe2+的相互作用与转化过程

作为表生土壤环境中易生成且分布广泛的氧化锰矿物,水锰矿(γ-MnOOH)能参与铁氧化物的生成过程,影响Fe_(2+)的迁移、转化和归趋。本文考察了pH值为3.0~7.0的模拟水溶液体系中水锰矿与Fe_(2+)的相互作用及其生成铁氧化物的过程,分析了Fe_(2+)浓度、pH值和空气(氧气)对Fe(Ⅲ)氧化物晶体结构类型、化学组成和反应速率的影响。研究结果表明,水锰矿氧化Fe_(2+)产物主要为针铁矿和纤铁矿;pH值为3.0~5.0时产物为针铁矿,而pH值为7.0时产物为针铁矿与纤铁矿的混合物,且高浓度Fe_(2+)会促使纤铁矿生成;引入空气利于针铁矿生成;反应速率随着pH值升高、氧气分压的增大而加快。本工作丰富了对铁氧化物在常见锰氧化物表面形成和转化过程的认识。     

贵州遵义仙人岩铝土矿床古红土壳分带模式

笔者根据基底页岩在红土风化过程中的矿物成分和化学成分的演变规律,建立了遵义仙人岩铝土矿床古红土壳的分带模式,从上至下划分为:(1)铁铝质壳带,又称强风化带或最终分解带;(2)铁铝质粘土岩带,又称中度风化带或分解带;(3)粘土岩-黄铁矿带,又称弱风化带或轻微分解带;(4)原生页岩带。通过孢粉化石鉴定和Rb-Sr法同位素年龄测定,肯定了古红土壳形成于早石炭世大塘期旧司时,当属原地红土风化残积的产物。     

铁氧化物-二价铁体系在潜流带低渗透区的氧化还原特性研究进展

潜流带是河流与地下水交互的关键带,具有非均质性,其中低渗透区富含的铁氧化物,在污染物的非生物自然衰减过程中发挥着重要作用。本文从铁氧化物和溶解性二价铁Fe(Ⅱ)_aq的共存体系出发,评述了该体系的氧化还原能力及影响因素,并以地下水中常见的污染物氯代烃为例阐述了铁氧化物-Fe(Ⅱ)_aq体系在氯代烃非生物自然衰减中的作用。指出铁氧化物-Fe(Ⅱ)_aq体系的还原能力可用氧化还原电位(Eh)表示,Eh的大小受pH值、温度、溶解氧(DO)、溶解性二价铁浓度、无机和有机配体等因素的影响,可用来定量描述氯代烃等污染物被还原的速率常数。目前铁氧化物-Fe(Ⅱ)_aq体系Eh的快速测定、含水层中铁氧化物种类和含量、不同铁氧化物共存和复杂水化学条件下Eh与氯代烃等污染物还原速率常数之间的关系,是准确评估污染物非生物自然衰减能力和程度的重要内容。     

铁氧化物对硫酸盐还原菌分解硫酸盐矿物的协同作用

以牛肉膏为碳源,用活性污泥混合菌接种,探讨在缺氧条件下添加不同的铁氧化物对硫酸盐还原菌(SRB)分解硫酸盐矿物的影响。通过溶液pH、铁离子、硫酸根浓度以及固体产物的SEM和EDS图谱分析,揭示硫酸盐矿物分解过程和机制。实验结果表明,铁氧化物对SRB分解硫酸盐矿物起着明显的协同作用:①被铁还原菌还原的Fe2+与硫酸盐还原产生的硫化氢反应形成铁硫化物,消除硫化氢对SRB分解硫酸盐的抑制作用;②铁氧化物还原溶解,提高体系的pH和碱度,增加生化产物CO2的溶解,诱导溶解的钙离子形成方解石沉淀,促进SRB分解硫酸盐矿物的过程。     

广东凡口铅锌矿区灰岩风化土壤指示元素富集粒度及存在形式研究

通过广东凡口铅锌矿区灰岩风化残积土壤指示元素富集粒度和存在形式的研究,证实了指示元素在粗、细两端元粒级富集的倾向。但小于200目的细粒级富集稳定性更好。建议将野外直接过200目筛网的土样送交分析。证实了铁锰氧化物是指示元素的主要载体相。锰氧化物比铁氧化物更富集成矿元素。采用土壤重砂的电磁性部分作为样品介质或采用部分提取的方法,均可提高土壤地球化学异常衬度和分析灵敏度。     

土壤理化参数的反射光谱分析

土壤可见光和近红外波段(400~2 500 nm)反射光谱信息包含了大量土壤物理化学参数,土壤反射光谱测量简单、快速,无需破坏样品,而且还可以通过高光谱遥感方法制图。文中使用江苏国土生态地球化学调查中获取的大量土壤样品,研究了土壤阳离子交换量(CEC)、有机质含量、pH值、铁氧化物类型、铁铝硅等常量元素含量等重要土壤生态地球化学参数的光谱反应。结果显示,土壤CEC是进行光谱预测非常成功的参数,1 400、1 900和2 200 nm附近一阶导数光谱(FD)值或短波方向反射率值均可以很好地反映土壤CEC的大小;土壤有机质含量、铁氧化物类型、铁铝硅含量均可以在反射率光谱或其一阶导数(FD)值找到相关波段;土壤导数光谱存在的A、B、C和D峰使反射光谱方法不仅能够定量铁氧化物总量,还能鉴别铁氧化物矿物类型(针铁矿和赤铁矿)及其相对含量;江都土壤光谱的656 nm附近FD值与pH有很大相关性,但是江苏样品显示pH值光谱经验预测具有区域依赖性,可能与土壤类型有关,说明pH与光谱参数之间的关系并非一般的线性关系,而有更复杂的机制。     

铁同位素对黔西南晴隆沙子红土型独立钪矿床成矿过程的约束

贵州晴隆沙子矿床是近年来我国的发现1处大型独立钪矿床,本文对矿区新鲜玄武岩、风化玄武岩及矿化红土中磁铁矿铁同位素组成进行研究。结果表明,新鲜玄武岩和风化玄武岩的w(Fe_2O_3)分别变化在15.41%～15.51%和14.60%～15.12%的范围内,而磁铁矿δ~(56)Fe的变化范围分别为0.23‰～0.29‰和0.02‰～0.07‰。红土具有最高的铁含量,w(Fe_2O_3)在23.53%～28.95%的范围内,但δ~(56)Fe与风化玄武岩相差不大,变化范围在-0.09‰～0.03‰之间。风化玄武岩和红土中铁同位素组成的变化,与单斜辉石的水解有关。结合已有的研究成果,认为沙子钪矿的成因与峨眉山玄武岩的深部原位水解和地表风化淋滤有关。     

铁氧化物对有机质厌氧产甲烷过程的影响及其机制

甲烷(CH?)不仅是自然界产生的重要温室气体,也是人类已经推广利用的可再生能源之一.作为自然界广泛存在的矿物,铁氧化物同厌氧微生物的交互作用对产甲烷过程具有显著的影响.主要针对不同铁氧化物-厌氧微生物体系内的产甲烷效率,铁氧化物及微生物群落演化,铁氧化物的作用机制等进行总结分析.铁氧化物在微生物的作用下会发生溶解、还原并可能产生新的矿物.而铁氧化物的直接和间接影响微生物群组成,进而影响产甲烷过程,主要体现在4个方面:(1)铁氧化物溶解及生物还原产生的Fe~(3+)/Fe~(2+)影响微生物活性和体系氧化还原电位;(2)铁还原菌和产甲烷菌竞争产甲烷基质;(3)铁氧化物对产甲烷菌的直接抑制毒性;(4)具有导电性能的铁氧化物可以作为电子传递媒介促进铁还原菌或脂肪酸氧化菌与产甲烷菌之间的直接电子传递过程.最后,探讨了铁氧化物促进产甲烷过程尚需解决的主要问题及研究趋势,以期推动铁氧化物-厌氧微生物交互作用及其环境效应方面的研究工作.     

煤矸石浸泡污染物溶解释放规律研究--阜新市新邱露天煤矿不同风化煤矸石在不同固液比条件下浸泡实验

论文对新邱露天矿不同风化程度的煤矸石在不同固液比条件下溶解释放污染物的规律进行了浸泡实验研究。结果表明:煤矸石溶解释放的主要污染物为总硬度(CaCO3)、硫酸盐(SO42-)、钠(Na )、总溶解性固体(TDS)、氟化物(F-)、耗氧量(OC)和总铁(Fe)等,氯化物(Cl-)、锰(Mn)、锌(Zn)等少量,其它重金属和砷等微量。pH值接近中性。煤矸石风化程度越高,溶解释放的无机盐类污染物量越多,新鲜混合煤矸石溶解释放出较高的氟化物(F-)、耗氧量(OC)和总铁(Fe);固液比对煤矸石中污染物的溶解释放有重要影响。固液比越小,浸泡液中污染物浓度越低,越有利于煤矸石中污染物的溶解释放,单位质量煤矸石溶解释放的污染物量越多,煤矸石中污染物的溶解释放规律受扩散控制;在同一固液比条件下,各污染物浓度变化与浸泡时间成对数曲线关系,即Ct=a bLogt。     

早期成岩过程中铁元素地球化学循环研究进展

铁是海洋沉积物中重要的氧化还原敏感性元素之一,是早期成岩过程中地球化学循环变化的重要动力因素。早期成岩过程中,表层沉积物中铁氧化物的赋存形态主要可分无定形(弱晶型)铁氧化物和晶型铁氧化物,且前者的含量主要决定着沉积物中铁氧化物的还原活性;铁氧化物可以通过与硫酸盐还原产生的硫化物反应进行还原,还能在铁还原菌的参与下被表层沉积物中的有机质还原,沉积物中活性铁含量、有机质含量、沉积速率、植物根系导氧作用及底栖生物的扰动均能对铁还原率造成影响。早期成岩过程中可以形成黄铁矿,形成机理主要有:1)沉积物中先前形成的硫复铁矿(Fe_3S_4)等前体物质通过加硫反应形成;2)硫过饱和的球粒胶体通过脱水、成核、结晶以及聚合作用而成单个草莓状黄铁矿或初始自行黄铁矿微晶成核、生长、聚集、固化的小型黄铁矿微球团并入更大的胶体状黄铁矿结核、草莓状黄铁矿分组,从而形成黄铁矿集合体;黄铁矿化度(DOP)可作为区分古海洋氧化还原环境的指标。对铁同位素的研究表明,异化还原作用(DIR)过程中产生的铁同位素值偏低;页岩中黄铁矿的铁同位素在2.3Ga附近发生的突变反映了第一次大气氧气增高事件。磁学参数对铁相变化具有良好的反应,环境磁学在早期成岩过程研究中的应用,有助于快速划分铁还原带、研究环境中重金属循环行为。     

加积型网纹红土网纹化机制及形成环境

选取九江地区JL剖面网纹层段典型样品,针对红基质与白网纹的物质组成及理化性质展开异同分析,在此基础上探讨网纹红土形成环境。初步得到以下结论:1)红基质与白网纹的粒度组成、元素组成、风化特征基本一致,但铁元素有显著差异,"网纹"并非原生构造,不是岩性差异及差异风化的产物,而是同源物质经历化学风化过程中元素分馏的结果。2)地球化学分析、磁学分析和粘粒级矿物组成分析一致表明,白网纹与红基质在铁含量、铁氧化物形态、铁矿物类型方面存在明显差异。白网纹与红基质相比,全铁含量(4.30%)低于红基质(8.63%);Fe^3+/Fe^2+比值(40.66)低于红基质(90.95);游离铁量及游离度(7.01 g/kg,32.96%)低于红基质(76.21 g/kg,77.52%);铁活化度和晶胶率(25.31%,37.77%)高于红基质(8.77%,9.69%);赤铁矿和针铁矿含量极少,这充分表明白网纹局部存在明显的铁淋失。3)白网纹局部脱色机制主要受控于赤铁矿及其转化,红基质主导矿物为赤铁矿,并含有一定的磁赤铁矿和针铁矿,而白网纹则不含磁赤铁矿,赤铁矿含量也极少。此外高岭石含量也是影响色浅的因素之一,白网纹蛭石、高岭石含量(20.24%和45.08%)均略高于红基质(11.45%和41.82%)。4)赤铁矿的富集、局部铁迁移的特点,整体上指示高温、中强程度化学风化和季节性多水的环境。这在一定程度上暗示网纹红土形成时期气候高温多雨,且季节性反差增强。     

重金属元素Cd在水稻土剖面中的分配系数及其影响因素研究:以四川省成都平原区为例

以四川省成都平原区农田生态系统水稻土剖面为例,探讨了Cd分配系数及其影响因素。结果表明:Cd分配系数(Kd)在污染土壤环境和本底土壤环境中是不同的,在剖面PM-3、PM-6和PM-8剖面中污染环境中分配系数(Kd)大于本底环境中的分配系数,而在剖面PM-7中,本底环境中的分配系数(Kd)大于污染环境中的值。在污染环境Cd分配系数受土壤pH值、交换性Mg和铁硅氧化物的影响比较大,而在非污染环境中分配系数受到土壤可溶性Al、Cd全量和铁锰铝氧化物的影响较大。这些土壤的物化性质对分配系数造成影响,使得土壤滤渣和土壤原土中Cd形态含量存在差异。     

水体悬浮颗粒物主要组分的萃取分离及重金属的分布特征

为了考察悬浮颗粒物中主要组分对重金属的富集作用,采用选择性萃取法分离长春市伊通河和南湖悬浮颗粒物中的铁、锰氧化物,优化了萃取条件,测定了悬浮颗粒物中的铁、锰氧化物和有机质等组分中富集Cu,Pb和Zn的含量,分析了上述3种重金属在悬浮颗粒物主要组分中的分布特征。结果表明,0.006 mol/L NH2OH.HCl 0.01 mol/L HNO3萃取30 min可以单独萃取悬浮颗粒物中大部分的锰氧化物,0.8 mol/L Na2S2O4(pH=6.0)萃取40 min可以同时萃取铁、锰氧化物,而对非目的组分的影响较小;悬浮颗粒物对Cu、Pb、Zn重金属有明显的富集作用,其中Cu主要结合在悬浮颗粒物的有机质组分中,Pb主要富集在铁、锰氧化物中,锰氧化物和有机质对Zn的分布起主要的富集作用。     

天然铁(氢)氧化矿物对铜离子的吸附特征

研究了天然铁的(氢)氧化矿物对铜离子的吸附行为，结果显示不同种类的铁(氢)氧化矿物的吸附能力明显不同。针铁矿的吸附能力最强，赤铁矿吸附能力变化最大。对于同种矿物，矿物中杂质的种类和含量是影响吸附能力的主要因素，矿物的晶体习性有一定的影响。粒度较大(＞140目)的情况下，天然矿物的粒度对矿物吸附能力的影响没有规律性。pH值对铁氧化物矿物的吸附性能影响最大。随着初始浓度的增加，铁的(氢)氧化矿物的吸附量增加，但吸附率变化复杂且没有明显规律性。铁的(氢)氧化矿物的吸附行为较为符合Freundlich型和Temkin型等温吸附式。     

漳州风化残积型高岭土矿床的矿物学特征

本文运用化学成分分析、X射线衍射、红外光谱、热重-热流和扫描电镜等方法对福建漳州地区某风化残积型高岭土矿床中的矿物组成和微观形貌进行了系统研究。结果表明:虽然该区风化残积型高岭土的矿物组成简单,主要为高岭石和石英,次为钾长石,但石英含量相对较高导致样品的化学成分呈现高硅低铝的特征,n(Si O_2)/n(Al_2O_3)在4左右。样品的w(K_2O)波动范围较大,w(Na_2O)、w(Mg O)和w(Ca O)低,而有害组分Fe、Ti含量相对较高。该风化残积型高岭土矿床风化不完全,高岭石结晶度较差,其X射线衍射峰峰形弥散,对称程度差。在扫描电镜下高岭石的六方片状晶形难以辨认,其形状不规则,呈片状、鳞片状集合体和团块状。此外,样品的热稳定性相对较差,其脱羟基温度≤500℃,进而说明该地区风化残积型高岭土结晶度较低。     

铁碳共沉作用对土壤重金属的吸附性能研究进展

随着铁碳(Fe-C)共沉机理被越来越多的学者认可,Fe-C共沉物成为近年环境科学领域内的研究热点之一。在探讨铁氧化物和有机质的相互作用及Fe-C共沉物对重金属的吸附研究进展基础上,阐述了共沉物在固定土壤重金属离子方面的潜力:在有机质参与作用下,铁氧化物的表面性质、吸附性能等均发生了规律性变化,这些变化是决定土壤环境中重金属离子迁移转化的前提。在影响因素方面,p H值、有机质含量、铁氧化物种类及表面性质对共沉物的吸附效果影响较为显著。通过研究可以看出,一定条件下Fe-C共沉物所拥有的优良吸附性能将为土壤重金属污染场地修复治理工作提供重要理论基础。     

基于BP神经网络的复合污染体系中沉积物吸附阿特拉津的规律

建立了Cu2+和阿特拉津(AT)复合污染体系中沉积物各活性组分及其交互作用对AT吸附量影响的BP神经网络模型,模型预测值和实验值的相关系数达到0.97,各集合的平均偏差均小于10%。模型显示,AT在沉积物上的主要吸附位是铁氧化物。沉积物吸附AT时铁氧化物、锰氧化物、有机质之间存在显著的交互作用,铁氧化物、锰氧化物交互作用贡献率为-130%～80%,铁氧化物、有机质交互作用贡献率为5%～28%,锰氧化物、有机质交互作用贡献率为-200%～-70%。各活性组分吸附AT的能力及其交互作用受Cu2+的影响较大,其中:Cu2+对AT在铁氧化物上的吸附表现为拮抗作用,对AT在锰氧化物上的吸附表现为协同作用,而对AT在有机质上的吸附影响不显著,同时Cu2+减弱了铁氧化物-锰氧化物和锰氧化物-有机质的交互作用影响,增强了铁氧化物-有机质的交互作用影响。