不同氧化度碱性水钠锰矿氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ) 的动力学特性

用批量法研究了Mn平均氧化度分别为4.02、3.85和3.70的碱性水钠锰矿对As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)氧化的动力学特性。结果表明,碱性水钠锰矿氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)先经历准一级动力学反应阶段,随后表观速率常数(k_obs)逐渐减小至趋近零,达到反应平衡,k_obs逐渐减小除了逆反应影响外,还与产物在矿物表面不断积累,钝化反应位点有关。初始反应阶段k_obs随氧化度增加而增大,氧化As(Ⅲ)的k_obs分别为: 0.095 1、0.039 6和0.007 1 min^-1;氧化Cr(Ⅲ)的k_obs分别为0.034 2、0.017 8和0.014 8 min^-1。氧化As(Ⅲ)的初始反应阶段生成的Mn(Ⅱ)基本保留在矿物表面,对反应位点钝化大,使k_obs减小速度快。而Cr(Ⅲ) 氧化初始阶段,Mn(Ⅱ)释放明显滞后于Cr(Ⅵ)释放,但随反应进行逐渐增加,与Cr(Ⅵ)释放量比值接近于反应计量比。故Cr(Ⅲ) 氧化生成Mn(Ⅱ)对位点的钝化远小于As(Ⅲ)氧化,其初始反应阶段后k_obs减小速度较慢,且氧化度越高,保持一级动力学的初始反应阶段越长,k_obs减小越慢。因此,水钠锰矿的Mn氧化度越高,氧化As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)的反应速率越快,As(Ⅲ)和Cr(Ⅲ)在碱性水钠锰矿表面氧化产物的释放行为是影响其反应动力学特性的重要因素。     

太阳能电池协同强化水钠锰矿光电催化染料降解研究

电催化、光催化、光电催化等电化学技术以其高效、廉价、环保等特点被认为是一种极具前途的环境污染深度净化技术,在有机废水处理等方面得以广泛应用。本文借助电化学电量控制法制备了水钠锰矿电极,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征其物相形貌,UV-Vis漫反射吸收谱结果表明水钠锰矿对300~600 nm波长范围可见光表现出良好吸收能力,计算其直接带隙约为2.14 e V,Mott-Schottky曲线计算其平带电位约1.15 V,0.1 mol/L Na2SO4介质中载流子浓度约为3.3×1019cm-3,是良好的可见光激发n型半导体材料。同时,本文以廉价高效的太阳能电池板取代了传统电化学工作站等外加电场设备,成功实现了协同强化水钠锰矿光电催化降解作用。协同作用下甲基橙60 min降解率为90.2%,效率远高于水钠锰矿光催化(2.2%)与电极电催化(33.6%)作用,强化了水钠锰矿光电催化降解反应,节省能耗的同时显著提高了降解效率。批次循环降解实验表明第4轮降解率(86.8%)较之第1轮(90.3%)降低程度5%,表明其具有良好长时间运行稳定性。     

模拟表生环境水钠锰矿亚结构转化及钙锰矿的形成

水钠锰矿是土壤与沉积物中最为常见的氧化锰矿物, 依据其MnO₆层对称特点分为六方和三斜两种亚结构类型.六方水钠锰矿在表生环境中可通过Mn2+的化学或生物氧化形成, 而环境中三斜水钠锰矿的形成及进一步转化为钙锰矿的途径尚不清楚.以两种六方水钠锰矿(酸性水钠锰矿和水羟锰矿)为前驱物, 采用X射线吸收光谱(EXAFS)、X射线衍射(XRD)、电镜(FESEM/TEM)及化学组成分析等技术方法模拟表生环境研究了水钠锰矿从六方向三斜的亚结构转化及生成钙锰矿的化学条件和矿物学机制.结果表明, 适当Mn(Ⅱ)浓度和弱碱性条件(pH≥8)可使六方水钠锰矿逐渐转化为三斜水钠锰矿, 继而经Mg2+交换、常压回流得到了长纤维状的钙锰矿, 其晶体生长以溶解-结晶为主.Mn(Ⅱ)与六方水钠锰矿MnO₆八面体层内的Mn(Ⅳ)反应生成Mn(Ⅲ)并填充层内空位, 使水钠锰矿对称型由六方向三斜转变.与酸性水钠锰矿相比, 水羟锰矿结晶弱、层状堆积混乱度高, 与Mn(Ⅱ)反应迅速, 层结构向三斜水钠锰矿转化快.pH升高, 促进六方水钠锰矿对Mn(Ⅱ)的吸附和Mn(Ⅱ)与Mn(Ⅳ)间的反应, 六方水钠锰矿转化为三斜水钠锰矿的速率加快."六方水钠锰矿→三斜水钠锰矿"可能是环境中三斜水钠锰矿的重要来源, 及进一步形成钙锰矿的重要化学生成机制.      

模拟表生环境水钠锰矿亚结构转化及钙锰矿的形成

水钠锰矿是土壤与沉积物中最为常见的氧化锰矿物,依据其MnO6层对称特点分为六方和三斜两种亚结构类型.六方水钠锰矿在表生环境中可通过Mn2+的化学或生物氧化形成,而环境中三斜水钠锰矿的形成及进一步转化为钙锰矿的途径尚不清楚.以两种六方水钠锰矿(酸性水钠锰矿和水羟锰矿)为前驱物,采用X射线吸收光谱(EXAFS)、X射线衍射(XRD)、电镜(FESEM/TEM)及化学组成分析等技术方法模拟表生环境研究了水钠锰矿从六方向三斜的亚结构转化及生成钙锰矿的化学条件和矿物学机制.结果表明,适当Mn(Ⅱ)浓度和弱碱性条件(pH≥8)可使六方水钠锰矿逐渐转化为三斜水钠锰矿,继而经Mg2+交换、常压回流得到了长纤维状的钙锰矿,其晶体生长以溶解-结晶为主.Mn(Ⅱ)与六方水钠锰矿MnO6八面体层内的Mn(Ⅳ)反应生成Mn(Ⅲ)并填充层内空位,使水钠锰矿对称型由六方向三斜转变.与酸性水钠锰矿相比,水羟锰矿结晶弱、层状堆积混乱度高,与Mn(Ⅱ)反应迅速,层结构向三斜水钠锰矿转化快.pH升高,促进六方水钠锰矿对Mn(Ⅱ)的吸附和Mn(Ⅱ)与Mn(Ⅳ)间的反应,六方水钠锰矿转化为三斜水钠锰矿的速率加快."六方水钠锰矿→三斜水钠锰矿"可能是环境中三斜水钠锰矿的重要来源,及进一步形成钙锰矿的重要化学生成机制.     

纳米水钠锰矿可见光光电化学响应与甲基橙降解活性

伴随环境污染问题日益加剧,光能的光电转化在催化及环境领域引起广泛关注。水钠锰矿是地表常见锰矿物之一,本文借助电化学电量控制法快速高效制备了纳米水钠锰矿电极。X射线衍射(XRD)、Raman光谱测试表明物相单一为水钠锰矿;原子力显微镜(AFM)观察电极微观形貌可见表面分布有不规则多边形格子状空隙,测定沉积电量为0.5、1.0、1.5 C水钠锰矿厚度分别约为30、200、450 nm。紫外可见漫反射吸收谱显示电极可显著吸收300~600 nm波长可见光,Tauc方程计算电极间接带隙约0.8~1.3 eV,直接带隙约2.0~2.3 eV,Mott-Schottky曲线计算平带电位约1.15 V,三电极载流子浓度分别为3.26×10~(19)、4.63×10~(19)、2.70×1020 cm~(-3)。光电流密度-时间曲线及线性扫描伏安曲线表明电极有良好光电化学响应活性Evs.SCE=1.0 V(饱和甘汞电极)恒电势光照条件下,150 min后0.5、1.0、1.5 C水钠锰矿电极对5 mg/L甲基橙降解率分别为66.3%,70.0%,67.5%,拟合反应速率常数k分别为0.44 h~(-1)、0.48 h~(-1)、0.46 h~(-1)(R20.996)。综上,本文研究表明纳米水钠锰矿电极能有效可见光光电催化降解甲基橙等有机污染物。     

硫化物矿物氧化反应动力学实验研究

硫化物矿床和含硫化物矿床（如中高硫煤）在开发过程中由于氧化作用向环境释放大量的酸、硫酸盐、重金属及其它有害物质,造成一定范围内的次生地球化学异常和环境污染;而中国大陆硫化物的排放量2010年将达到39．1×10 6 t。因此,人们对硫化物矿物在表生环境下的氧化行为日益重视。硫化物矿物的氧化速率受矿物本身物理化学特性（组成、结构、表面性质）和介质条件（溶解氧DO、Fe 3＋浓度、pH、Eh、温度及微生物）等多种因素的控制。在全面分析近年来国内外文献的基础上,系统介绍了硫化物矿物氧化动力学实验研究方法、实验参数的选择、反应机理、反应产物及反应速率等的研究现状。指出今后应加强对初始阶段的氧化反应速率、反应中间产物、多因素的综合作用、分子水平上的反应机理解释等方面的研究。     

水钠锰矿吸附Pb2+亚结构变化的红外光谱研究

利用红外光谱表征了吸附Pb2+前后的不同锰氧化度的水钠锰矿,结合二次求导退卷积方法确定实际的红外吸收带中心,分析了水钠锰矿红外吸收带的归属.结果表明,供试样品的899～920 cm-1红外吸收带源于八面体空穴处OH的弯曲振动,随着水钠锰矿锰氧化度的降低,空穴处与OH配位的Mn4+被Mn3+替代的数量增多,OH弯曲振动频...     

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。     

硫化物氧化过程中金的富集实验研究

室温条例上将海绵金用王水溶解形成金氯酸溶液,再用纯净的不含金黄铁矿吸附溶液中的金,粉干后用过氧化氢溶液将其分解,发现溶液中出现粒状、片状及壳皮状金。对溶液中金和铁的含量测定结果表明,随着黄铁矿的分解溶液中铁含量增加,金含量也随之增加,但当溶注保出现小金粒或金片后,溶液中的金含量急剧下降,并保持相对稳定。     

尾矿中硫化物风化氧化模拟实验研究

为防治矿山尾矿造成环境污染，对方铅矿，闪锌矿，磁黄铁矿、黄铜矿，黄铁矿进行了风化氧化实验研究，结果显示，硫化物的氧化速率顺序为：方铅矿＞闪锌矿＞磁黄铁矿＞黄铜矿＞黄铁矿，侵蚀液pH值越低，硫化物氧化速率越大，有机物存在对硫化物氧化起缓冲和抑制作用。     

The kinetics of iodide oxidation by the manganese oxide mineral birnessite

The kinetics of iodide (I⁻) and molecular iodine (I₂) oxidation by the manganese oxide mineral birnessite (δ-MnO₂) was investigated over the pH range 4.5-6.25. I⁻ oxidation to iodate proceeded as a two-step reaction through an I₂ intermediate. The rate of the reaction varied with both pH and birnessite concentration, with faster oxidation occurring at lower pH and higher birnessite concentration. The disappearance of I⁻ from solution was first order with respect to I⁻ concentration, pH, and birnessite concentration, such that −d[I⁻]/dt = k[I⁻][H⁺][MnO₂], where k, the third order rate constant, is equal to 1.08 ± 0.06 × 10⁷ M⁻² h⁻¹. The data are consistent with the formation of an inner sphere I⁻ surface complex as the first step of the reaction, and the adsorption of I⁻ exhibited significant pH dependence. Both I₂, and to a lesser extent, sorbed to birnessite. The results indicate that iodine transport in mildly acidic groundwater systems may not be conservative. Because of the higher adsorption of the oxidized I species I₂ and , as well as the biophilic nature of I₂, redox transformations of iodine must be taken into account when predicting I transport in aquifers and watersheds.     

金属硫化物微生物氧化的机制和效应

岩石露头和矿山废弃物中的金属硫化物在地表、近地表条件下的氧化作用往往导致多种环境问题,因此,金属硫化物的地表风化一直是备受关注的表生过程之一。越来越多的证据表明微生物对矿物的氧化在金属硫化物风化过程中发挥着重要作用。实验研究发现:微生物在金属硫化物表面附着并形成微生物膜,在矿物-微生物膜界面微环境中存在着强烈的微生物氧化和化学氧化作用,两种氧化作用相互协同、共同促进。在此过程中,金属硫化物的S、As、Fe等元素经历了复杂的电子传递、逐级氧化的动力学过程,最终形成稳定的高铁硫酸盐或氧化物,并形成大量的酸性排水。该过程受多种因素的影响,包括细菌种类、光照和溶液Fe~(2+)浓度等。金属硫化物的微生物氧化直接导致重金属大量释放和严重的环境危害,释放的酸性排水还引发碳酸盐矿物分解和CO_2排放,会对全球碳循环产生不可忽视的影响。在地球演化的早期阶段,金属硫化物氧化消耗大气氧气可能导致大氧化进程滞后。尽管关于金属硫化物-微生物相互作用研究取得了长足的进展,但金属硫化物微生物氧化的分子机制和全球尺度的元素地球化学循环还有待深入研究,原位纳米观测技术的引入和全球物质循环模型研究具有必要性和紧迫性,同时也对生物冶金技术的发展有着重要的意义。     

An investigation on dewatering kinetics of ultrafine coal

Ultrafine coal dewatering is of great importance to the coal industry due to its impacts on the handling and utilization characteristics of coal products. Commercially available filtration techniques are either ineffective or costly for dewatering of ultrafine coal to the desired moisture level of about 20%. Considerable efforts have been devoted to understanding the dewatering process and developing new technologies for applications in the coal industry. Most of the previous work on ultrafine coal filtration was focused on the final filter cake moisture and few studies have been conducted to investigate the filtration kinetics. The present investigation was undertaken to better understand the kinetics of vacuum filtration of ultrafine coal under various conditions. The filtrate weight was continuously monitored using a precise load cell during the entire filtration process. Operating parameters such as vacuum pressure and reagent conditioning time were examined for their impacts on filtration kinetics. Use of cationic and anionic flocculants showed significant improvement in filtration kinetics. Kinetic data obtained from the study were used to determine the fundamental parameters of filtration such as cake permeability, specific cake resistance, and filter medium resistance using the integrated form of the Darcy's law.     

Sulfide oxidation as a process for the formation of copper-rich magmatic sulfides

Typical magmatic sulfides are dominated by pyrrhotite and pentlandite with minor chalcopyrite, and the bulk atomic Cu/Fe ratio of these sulfides is typically less than unity. However, there are rare magmatic sulfide occurrences that are dominated by Cu-rich sulfides (e.g., bornite, digenite, and chalcopyrite, sometimes coexisting with metallic Cu) with atomic Cu/Fe as high as 5. Typically, these types of sulfide assemblages occur in the upper parts of moderately to highly fractionated layered mafic–ultramafic intrusions, a well-known example being the Pd/Au reef in the Upper Middle Zone of the Skaergaard intrusion. Processes proposed to explain why these sulfides are so unusually rich in Cu include fractional crystallization of Fe/(Ni) monosulfide and infiltration of postmagmatic Cu-rich fluids. In this contribution, we explore and experimentally evaluate a third possibility: that Cu-rich magmatic sulfides may be the result of magmatic oxidation. FeS-dominated Ni/Cu-bearing sulfides were equilibrated at variable oxygen fugacities in both open and closed system. Our results show that the Cu/Fe ratio of the sulfide melt increases as a function of oxygen fugacity due to the preferential conversion of FeS into FeO and FeO_1.5, and the resistance of Cu₂S to being converted into an oxide component even at oxygen fugacities characteristic of the sulfide/sulfate transition (above FMQ?+?1). This phenomenon will lead to an increase in the metal/S ratio of a sulfide liquid and will also depress its liquidus temperature. As such, any modeling of the sulfide liquid line of descent in magmatic sulfide complexes needs to address this issue.     

天然锰钾矿氧化降解水体中苯酚实验研究

在酸性条件下进行了锰钾矿氧化降解水体中苯酚的实验研究，结果表明：室内自然光照和氧气环境不影响苯酚降解；反应溶液酸度越大，反应进行得越快；样品用量越多、粒径越小，越有利于降解反应；反应温度升高与振荡速度增大也有利于降解反应的进行；共存电解质氯化钠、氯化钙不影响降解反应，而磷酸钠与醋酸钠则不利于降解反应。当介质pH值为2、1，160～200目锰钾矿用量为10g／L，反应温度为25℃，振荡速度为200r／min，反应8h，对50mL浓度为100mg／L苯酚的降解率基本上达到100％，达到了工业排放标准。从反应产物初步推断，苯酚降解的实质是锰钾矿氧化降解作用，为处理苯酚废水增加了一种有效的方法，并拓宽了天然锰钾矿的开发应用前景。     

对氨基二甲基苯胺比色法测定的地下水中硫化物 不确定度的评定

采用不确定度连续传递模型对对氨基二甲基苯胺分光光度法测定的地下水中硫化物的不确定度进行了评定,在标准曲线拟合这一关键步骤上采用双误差曲线拟合,并与最小二乘法的拟合结果进行比较。结果表明,对于含较高浓度硫化物的水样,由双误差拟合出来的结果比最小二乘法拟合的结果更为准确。在采用双误差曲线拟合对实际样品进行定量时,应选择合适浓度范围内的标准曲线,使测定浓度落在标准曲线的较高浓度部分,使结果更为准确、合理。     

对氨基二甲基苯胺比色法测定的地下水中硫化物不确定度的评定

采用不确定度连续传递模型对对氨基二甲基苯胺分光光度法测定的地下水中硫化物的不确定度进行了评定,在标准曲线拟合这一关键步骤上采用双误差曲线拟合,并与最小二乘法的拟合结果进行比较。结果表明,对于含较高浓度硫化物的水样,由双误差拟合出来的结果比最小二乘法拟合的结果更为准确。在采用双误差曲线拟合对实际样品进行定量时,应选择合适浓度范围内的标准曲线,使测定浓度落在标准曲线的较高浓度部分,使结果更为准确、合理。