《几种常见氧化锰矿物的合成、转化及表面化学性质.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《几种常见氧化锰矿物的合成、转化及表面化学性质.docx（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、几种常见氧化锰矿物的合成、转化及外表化学性质土壤氧化锰矿物是动植物锰素的重要来源， 是土壤中的重要吸附载体、 氧化 复原主体、 化学反响催化剂及环境信息载体， 其资源属性和环境属性日益受到人 们的关注。 开展土壤氧化锰矿物的合成、 转化及性质研究， 对于深入了解和认识 锰的地球化学行为、 土壤演变、 土壤质量与生态环境之间的关系， 促进氧化锰矿 物资源的开发与利用具有重要的理论和实践意义。本文采用X-射线衍射XRD、透射电镜TEMT ED/EDAX、高分辨透 射电镜HRTEM傅里叶红外光谱FTIR、激光拉曼光谱LR、热重分析TGA、 全量分析和外表酸性位点分析等技术，系统研究了水钠锰矿、钙锰矿
2、、锰钾矿、 黑锰矿和锂硬锰矿等土壤中常见氧化锰矿物的合成条件、 生成途径、外表电荷性 质，以及对重金属离子的吸附和 Cr 川、As E、的氧化特性及其影响因素， 探讨了不同氧化锰矿物的结构特征、 形成机制以及与土壤环境条件的关系。 取得 的主要结果有： 1 、系统地开展了土壤氧化锰矿物的合成、 表征与性质研究。合成了水钠锰矿、 锂硬锰矿、 锰钾矿、 钙锰矿和黑锰矿等土壤中常见氧化锰 矿物，对其结构、形貌、组成和电荷性质进行了鉴定和表征，初步探明了不同合 成条件的影响规律。 1、 反响液流动速率和氧气流量是影响碱性介质中 水钠锰矿生成的主要因素，反响受 0<sub>2</sub
3、>的扩散控制。反响前对 MnCl<sub>2</sub>和 NaOHS液通 N<sub>2</sub>或 0<sub>2</sub> 处理以及反响过程中温度对水钠锰矿的生成没有影响， 且提高温度可以增加产物 的结晶度。合成单相水钠锰矿的条件为：OH/Mn摩尔比为13.7 , O<sub>2</sub> 的流量2L/min,在常温和机械搅拌450r/min下氧化5小时。2、 盐酸滴加速度、反响时间和老化处理是影响酸性介质中水钠锰 矿合成的主要因素。 对生成的水钠锰矿进行老化处理可以大大提高产物的
4、结晶度。单相酸性水钠锰矿的合成条件为： HCl：KMnO<sub>4</sub>=：2 1，在沸腾和 搅拌条件下以0.7mL/min的速度滴加盐酸，滴加完毕后再反响 30min,产物在 60C下老化处理12h。合成的酸性水钠锰矿为含少量 K的H型水钠锰矿，红外光 谱说明它与碱性水钠锰矿具有类似的短程结构。3影响钙锰矿热液合成的主要因素是热液温度和处理时间，体系压力对钙锰矿的合成影响小。以 Mg-水钠锰矿为前驱物，热液合成的钙锰矿呈纤 维状，三个互交 120°方向生长的晶体共同组成三连晶结构。4锰钾矿的结晶度随反响温度的提高而增加，老化处理对产物的 结晶度略有增
5、加，而延长反响时间对产物的影响较小。 合成单相锰钾矿的条件为：Mn0<sub>4</subxsup>-v/sup>/M*sup>2+v/sup：摩尔比为 0.7，在 100°C下反 应20min,产物经50C老化处理24h;以水钠锰矿为母几种常见氧化锰矿物的合 成、转化及外表化学性质体，与 LimAlnoHx 针轻基复合离子交换后，热液条 件合成的铿硬锰矿为六方片状晶体，其中含有少量水钠锰矿杂质 ; 在弱碱性介质 中，以O:为氧化剂氧化MnOH 2合成黑锰矿，合成的单相黑锰矿为暗黄色假 立方晶体。5酸性水钠锰矿、碱性水钠锰矿、锰钾矿、钙锰矿的 PZ
6、C较低， 分别为 1 .75 、 3.37、 2.10 和3.5，其外表可变负电荷量的大小顺序为 :酸性水 钠锰矿>碱性水钠锰矿>锰钾矿妻钙锰矿，黑锰矿的 PZC较高，外表可变 负电荷量远低于其他四种氧化锰矿物。 2 、首次在回流条件下一次合成了大 量单相钙锰矿，填补了国内外在该领域的空白。回流sh和24h合成的钙锰矿的平均化学组成分别为 Mgo.:郝no2.: ,H 201.15和Mgo.;7MnO2.10( H2O 088,随着回流时间的延长，钙锰矿结晶度进一步提高，且无其它矿相生成 ; 回流条件合成的钙锰矿与天然钙锰矿及某些热液条件 合成的钙锰矿具有相同的形貌
7、特征和生长特点， 其外表具有较强的L喇s酸性位 点，而Bronsted酸性位点较弱；回流条件合成的钙锰矿保持热稳定性达 400°C。 提出了钙锰矿在热液条件和表生条件下可能具某些相似的形成机制， 即在较高的 热液温度下， 钙锰矿的形成时间较短， 在温度较低的表生环境中， 钙锰矿的形成 需要较长的时间。3、结合快速x射线衍射(xRD方法和相关氧化锰矿物的Eh 一 pH平衡 关系分析，查明了碱性介质中 02 氧化 Mn(OH)2 合成水钠锰矿的反响过程和生 成途径。反响过程可分为以下四个阶段：(I )黑锰矿(Mn3o4和六方水锰矿(p 一 MnOOH的形成阶段；(2)黑锰矿和六方锰矿转化
8、为布塞尔矿阶段；(3)布塞 尔矿生长阶段 ; ( 4 布塞尔矿转化成水钠锰矿阶段。生成途径可表示为：Mn (0H) :sup六/sup方水锰矿sup布/sup塞尔矿sup水/sup钠锰矿、尸黑锰矿 矿物的转化受矿物外表溶解O:浓度决定的 Eh值控制。4 、初步探明了不同类型氧化锰矿物对重金属离子的吸附和 Cr( III 及 As(m 的氧化特性。(l )酸性水钠锰矿对PbZ+ CuZ+ eoZ+、edZ+和znZ+等重金属的吸附能力 最强，黑锰矿的吸附能力最弱，除黑锰矿吸附更多的c 矿+外，供试氧化锰矿物对Pb2+的最大吸附量远大于其它重金属。 并提出：重金属的水解常数和矿物的 外表负电荷量，都是通过改变氧化锰矿物外表诱导水解作用及吸附离子形态来影 响氧化锰矿物对重金属的吸附 ； 酸性水钠锰矿吸附的重金属离子， 尤其是 Pb2+，主要为非水化离子形态，而锰钾矿、钙锰矿和黑锰矿那么是水化离子形态为主。(mmol 服。2氧化锰矿物对 CrIn 的最大氧化量大小顺序为