氢气还原处理对天然金红石可见光吸收的影响机制

天然半导体矿物金红石因结构中含有类质同象替代杂质元素V和Fe,具有一定的可见光吸收和光催化活性。为改善金红石的日光光催化性能,在H2还原气氛下,对天然金红石粉末进行500～900℃不同温度的热处理改性研究。紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-Vis diffuse reflectance absorption spectra）表明H2还原处理显著改善了金红石在可见光区460～750 nm波段的光吸收,其中900℃处理样品的光吸收提升最为明显。电子顺磁共振（EPR）和X射线光电子能谱（XPS）测试表明,随着还原温度升高,杂质元素V和Fe从高价态（V5＋,Fe3＋）向较低的价态（V4＋,V3＋,Fe2＋）转化,同时金红石表面的化学吸附水含量也有所增加。本文认为H2还原热处理引起的过渡金属元素价态的改变,尤其是较低氧化态V离子（V4＋和V3＋）的形成,可能是导致金红石样品可见光吸收显著增加的主要原因。     

蒙脱石与不同浓度KOH溶液作用反应产物的矿物学特征分析

蒙脱石具有强烈亲水性,遇水体积可膨胀至原体积的数倍甚至数十倍,从而造成油气储层的水敏损害,但在强碱条件下蒙脱石可发生结构变化与物相转变,从而使其亲水性降低。本文具体探讨了天然钠基蒙脱石在80℃,0.1 M KOH、0.5 M KOH、1 M KOH溶液中所发生的碱溶反应;并通过XRD、SEM、EDAX等测试手段分析发现,碱溶相变的发生与碱溶液浓度及反应温度密切相关;碱溶相变最终产物主要是微米级纤维状、柱状、颗粒状的菱沸石和麦钾沸石,均为不具膨胀性的架状硅酸盐矿物;最后通过自由膨胀实验证实蒙脱石碱溶产物膨胀性较原矿物显著降低。     

地表“矿物膜”中锐钛矿-β-胡萝卜素协同增强日光响应特性研究

为探究"矿物膜"中半导体矿物与光合色素间的日光响应协同作用,对采自安徽潜山市郊的"矿物膜"样品进行了矿物组成和色素组成分析。同步辐射X射线粉末衍射测定表明,样品富含锐钛矿、赤铁矿等半导体矿物;拉曼光谱证实其中存在地表广泛分布的光合色素:β-胡萝卜素。在此基础上开展锐钛矿-β-胡萝卜素协同增强日光响应模拟实验。合成锐钛矿电极并对其进行系统的矿物学表征,紫外-可见漫反射吸收谱计算其禁带宽度约为3.07 eV;莫特-肖特基计算得到的平带电位约为-0.16 V,载流子浓度约为3.25×1026 cm-3;光电化学测试结果显示其具有一定可见光光电转化能力。经β-胡萝卜素敏化处理后,锐钛矿电极平均光电流密度提升了400%,在425~550 nm间光吸收值提高,该波段位于日光辐射能量集中的波长范围内,且与β-胡萝卜素吸收范围吻合,表明二者间存在日光吸收及光电响应协同增强作用。     

胶东上庄与夏甸金矿床金红石化学成分标型特征研究

对上庄与夏甸金矿的含矿花岗岩、绢英岩以及黄铁绢英岩中的金红石化学成分标型特征进行了详细的研究,探讨了其中Fe、Si、Ti、W元素含量变化的规律。研究表明,上庄金矿与夏甸金矿中的金红石为变质成因,主要通过黑云母蚀变释放Ti而形成金红石,此类金红石主要赋存在黑云母的边缘、解理及裂隙之间。金红石中Ti含量存在由绢英岩向黄铁绢英岩的下降趋势。矿体周围能够形成Ti晕,可作为强烈矿化的标志。另外,金红石中W的含量从花岗岩到绢英岩再到黄铁绢英岩呈现不断富集的趋势,表明金红石中W的含量变化可指示金矿化的强弱,高W金红石的出现指示金矿的形成,这为胶东金矿的找矿研究提供了新的思路。     

人体卵巢癌中砂粒体矿化的矿物学研究

以卵巢浆液性癌中砂粒体矿化为研究对象,采用偏光显微镜、扫描电镜及其能谱、X射线粉晶衍射、傅立叶变换红外光谱和高分辨透射电子显微镜,对原位和分离处理样品的表面形貌、结构和矿物成分进行了观察测试.结果表明,卵巢浆液性癌中砂粒体具同心层状结构,矿化物质由纳米尺寸水草酸钙石和碳羟磷灰石两种物相组成,前者沉积在砂粒体内部,结晶度相对较高,后者沉积在砂粒体外层,结晶度差.     

小波域叠前地震资料衰减参数定性估计方法

叠前地震资料中,高频分量和低频分量随传播距离的衰减特性不同.本文给出了一种在小波域定性估计叠前地震资料衰减参数的方法.该方法利用连续小波变换提取共反射点道集的高、低频分量,以低频分量和高频分量之差定性反映地震波的衰减.通过累加不同偏移距的衰减,提高了估计的稳定性;采用幅度归一化方法,降低了信号幅值对衰减参数估计的影响.将本文提出方法与常用的基于叠后地震资料衰减估计方法用于某油田的地震资料处理,结果表明,本文方法得到的衰减估计结果能够更好地反映油气的空间展布.     

天然黑钨矿可见光催化活性的实验研究

天然半导体矿物具有优良的日光催化特性。本研究选取天然钨酸盐作为研究对象,对武鸣、栗木、崇义3个不同矿区的天然黑钨矿进行了矿物学及光催化实验探究。利用X射线衍射、拉曼光谱、红外光谱、电子探针微区分析对天然样品的结构与成分进行分析,鉴定其主要矿物相为黑钨矿(Fe,Mn)[WO4],从武鸣、栗木到崇义矿区,Fe/Mn摩尔分数比从7.1、0.9到0.3依次降低。利用紫外可见漫反射测得武鸣、栗木、崇义地区样品禁带宽度分别为1.5、1.6和1.7eV,说明其具有良好的可见光响应。在pH为7的条件下用质量浓度为1g/L的样品对5mg/L的有机染料亚甲基蓝(MB)进行光催化实验(含0.01mol/L H2O2 ),结果表明武鸣地区黑钨矿实验组降解MB的效果最佳,3h后其效率分别是栗木、崇义地区样品的1.1倍和1.6倍。电子顺磁共振谱检测结果显示,反应过程中均产生氧化性羟自由基(·OH),其中效果最好的武鸣黑钨矿产生的·OH信号更强;不同自由基捕获实验证明·OH在光催化反应过程中起主要作用。进一步选取武鸣黑钨矿开展光催化降解机制研究,实验结果显示:光照下黑钨矿与H2O2共存的实验组对MB的脱色降解率可达99%(3h),只有黑钨矿的对照组降解7%的MB,只有H2O2 的对照组降解31%的MB;黑暗条件下,同时添加黑钨矿与H2O2的对照组对MB的去除率为34%。不同H2O2 浓度条件下黑钨矿降解MB符合准一级动力学方程,说明降解过程与催化剂含量无关,H2O2 更多的是充当电子受体。分析认为,不同产地黑钨矿日光催化效率与矿物铁含量呈正相关,与禁带宽度呈负相关,推测其反应机理是光催化与芬顿反应协同产生的·OH将MB氧化降解。本研究为开发利用天然矿物治理环境污染提出了新方法。     

化能自养型微生物利用太阳能途径的实验研究

针对自然界中天然半导体矿物和化能自养微生物之间的能量交换途径进行了详细的实验研究.半导体光电化学实验结果显示,天然半导体矿物在光照情况下产生的光生电子可将Fe3+还原为Fe2+,其中金红石光催化还原Fe3+的效率为12.5%,闪锌矿为7.86%,该过程通过天然半导体矿物的日光催化作用实现了太阳光能→电能→化学能的转化;控制电势的微生物电化学反应实验结果显示,化能自养型微生物A.f.菌的细胞增加量与外界电子传入而生成的Fe2+的量呈线性关系,且有外来电子传入实验组的A.f.生长量是无电子传入组的441%,该过程通过菌的生长代谢作用实现了化学能→生物质能的转化.进一步的光电化学和微生物电化学耦合实验结果证明,在太阳光和天然半导体矿物共同作用下,A.f.菌的对数生长期由无光时的36 h延长到72 h,同时细菌的生长在该能量转化过程中得到了明显促进.在天然闪锌矿催化条件下,有光条件的A.f.菌数量增加到无光条件的1.90倍;而在金红石催化条件下,有光条件的A.f.菌数量增加到无光条件的1.69倍.实验结果说明,在以天然半导体矿物为媒介的情况下,化能自养微生物可间接利用太阳能来获得自身的生长繁殖所需的能量,这一过程也实现了太阳光能→电能→化学能→生物质能的能量转化途径.     

微生物电化学体系中金红石可见光还原降解偶氮染料的实验研究

利用双室微生物电化学装置对微生物和半导体矿物协同作用下偶氮类染料废水的还原脱色降解进行了系统的实验研究.不同光照条件及不同阴极电极材料的对比实验结果显示,偶氮染料甲基橙(MO)可作为终端电子受体直接从固体电极上获得电子被还原脱色;各对比实验中,在微生物催化与半导体矿物光催化协同作用条件下,MO还原脱色效率最高.电化学交流阻抗谱(EIS)的拟合结果显示金红石涂布阴极电极光照下极化内阻(Rp)为443.4 Ω,较无光条件下的1378 Ω显著降低,证明光照下金红石阴极的电子转移过程受其光催化作用的驱动.不同初始浓度下MO的生物-半导体催化还原反应符合准一级动力学模型,其反应速率随MO初始浓度降低而增加.通过对脱色产物的进一步分析,推测该实验中MO的还原脱色反应机制为: 阳极初始电子供体在微生物的催化作用下将电子通过阳极电极和外电路传递给阴极半导体矿物电极,进而在半导体矿物的光催化作用下通过光生电子还原终端电子受体MO,使MO中的偶氮键断裂,生成无色的联氨类衍生物.     

人体几种典型病理性钙化物中碳羟磷灰石的红外光谱研究

选取人体心脏瓣膜、动脉、甲状腺、卵巢和乳腺5大类典型病理性钙化共38例样品开展了系统的红外光谱表征,重点探讨了样品内碳羟磷灰石(CHA)中CO2-3含量及CO2-3的取代类型特征。研究发现,这5类典型病理性钙化产物均以碳羟磷灰石为主要物相,相同部位钙化物中的CO2-3含量基本保持一致,但不同部位钙化物中的CO2-3平均含量差别较明显,甲状腺、乳腺中CO2-3平均含量最低,为6.2%,相比CO2-3平均含量最高的心脏瓣膜,相差3.3%。5类样品含有的碳羟磷灰石均以B型取代(CO2-3取代PO3-4)为主,伴随有少量A型取代(CO2-3取代OH-),钙化物中的CO2-3含量与B/A取代比值的正向联系不明显。