近代矿物学第九讲——矿物的电子顺磁共振波谱研究

<正> 电子顺磁共振(Electron Paramagnetio Resonance—EPR)或称电子自旋共振(Electron Spin Resonance—ESR)现象是苏联物理学家于1944年发现的。它首先被应用于物理学、化学和生物学研究中。五十年代,在研究离子晶体的磁中心的能级结构、阐明晶格的精细结构、研究晶格缺陷以及金属和半导体中传导电子的性质,在化学中测定自由基的存在等诸方面都取得了很大成功,     

过渡族金属掺杂对BiFeO_3物相和光催化性的影响

以二乙三胺五乙酸为配体,通过低温热分解配位前驱体法制备掺杂过渡族金属(Co~(2+)、Mn~(2+)、Zn~(2+)、和Cu~(2+))的铁酸铋。通过XRD和IR等手段研究掺杂离子种类和比例对产物物相的影响。结果表明,掺杂金属离子的种类和比例都对产物物相存在明显的影响。同时,以甲基橙为降解模型研究掺杂对产物光催化性的影响。结果表明,Zn~(2+)、Co~(2+)以及Co~(3+)这3种离子的少量掺杂对FeBiO_3的光催化性能有不同程度的提高,而Mn~(2+)的掺杂则降低FeBiO_3的光催化性。与不掺杂所形成FeBiO_3产物相比,甲基橙分别在掺杂3%Zn~(2+)和3%Co~(2+)的产物催化作用下,光照3 h后的光降解率均可提高37%左右。另外,还研究了掺杂Co~(2+)和Zn~(2+)这2种离子所形成产物的磁性分离、回收和循环催化效果。结果发现,由这2种离子掺杂3%后所形成产物具有良好的催化稳定性以及磁回收性能。     

Ca~(2+)、Mg~(2+)对饮用水氯消毒过程中三卤甲烷生成的影响

以腐殖酸模拟天然水体中氯化消毒副产物的前驱物进行实验,研究了水中存在Br-、不同pH条件下,Ca~(2+)、Mg~(2+)单独存在和2种离子共存时对三卤甲烷(THMs)的生成量和4种THMs(CHCl_3、CHBrCl_2、CHBr_2Cl、CHBr_3)相对分布的影响。结果表明,在pH为6.0、7.0、9.0 3种条件下,Ca~(2+)、Mg~(2+)对THMs的生成均起到一定的抑制作用,并且Mg~(2+)比Ca~(2+)对THMs生成的抑制作用更强。此外,随着pH的升高THMs生成总量增加,说明碱性环境更有利于THMs的生成。偏酸性环境下,Ca~(2+)的存在有利于溴代三卤甲烷的生成,Mg~(2+)有利于氯代三卤甲烷的生成。Ca~(2+)、Mg~(2+)浓度超过1.0 mg/L后,对THMs生成有较明显抑制作用。中性环境下,Ca~(2+)单一存在时,随着Ca~(2+)浓度的增加THMs的生成总量先增后减,并且在Ca~(2+)浓度为2.5 mg/L时达到最大值,此时Ca~(2+)有利于氯代三卤甲烷的生成;Ca~(2+)、Mg~(2+)同时存在时,THMs的生成分布改变,溴代三卤甲烷的生成显著增多。     

一种高效回收水环境中汞的方法

高效合成了3种新型芳酰胺类萃取剂(编号为1、2、3),利用原子吸收和原子荧光手段,研究了它们对水环境中Pb~(~(2+))、Fe~(2+)、Hg~(2+)、Cd~(~(2+))、Zn~(2+)、Cu~(2+)、Mn~(2+)、Ni~(2+)这8种金属离子的液-液萃取性能,并横向比较了这类萃取剂结构中配位基数目对萃取性能的影响。结果发现,这3种萃取剂对Hg~(2+)较其他金属离子均具有较高的萃取率和分离因子,其中萃取剂1可将Hg~(2+)从这8种金属离子中完全分离出来;三聚体2能从Hg~(2+)、Cd~(~(2+))、Zn~(2+)、Cu~(2+)、Mn~(2+)、Ni~(2+)这6种金属离子中完全分离出Hg~(2+);除Fe~(2+)外,二聚体3能从其余7种金属离子中完全分离出Hg~(2+)。这3种萃取剂的萃取能力随配位基数目增加而增强,但未呈现出正比关系,并对可能原因进行了初步分析。这类新型萃取剂的选择性能,在高效回收水环境中的汞离子方面具有潜在应用价值。     

北京城区可吸入颗粒物(PM10)的矿物学研究

使用X射线衍射技术(XRD)和扫描电镜技术(SEM/EDX)对北京PM10中的矿物组分进行了分析.结果表明,北京PM10中的矿物组分存在明显的季节变化规律,春季PM10中的矿物组成种类最多;秋季PM10中的矿物种类最少;在夏季PM10中,矿物的种类有所减少,却有新的物种出现,如NH4Cl、K(NH4)Ca(SO4)2?H2O、As2O3?SO3等.粘土矿物是北京PM10中含量最高的矿物,石英的含量次之,其他依次为方解石、石膏、长石、白云石以及其他矿物颗粒;北京PM10中还存在一定数量的复合颗粒,颗粒表面常有S、Cl元素的存在.     

广岛花岗岩和山阴花岗岩中细脉状产出的云母粘土矿物

<正> 花岗岩中能见到许多粘土细脉,可是关于它们的产状和成因的探讨却几乎没有。近年来,我们研究了充填在广岛花岗岩(风化、半风化)小裂隙(包括节理)中的粘土细脉的产状及其风化后的粘土矿物组分(这些粘土矿物有云母粘土矿物、蒙脱石、云母-蒙脱石混合层矿物、高岭石和叙永石),并且知道了云母粘土矿物变成蒙脱石,有时甚至变成高岭石类矿物。     

低热值煤净化Cr~(6+)-Cu~(2+),Cr~(6+)-Ni~(2+),Cr~(6+)-Zn~(2+)等钝化含铬废水的研究

某些电镀厂排放的钝化含铬废水中含有:以阴离子形态存在的 Cr~(6+)、Cr~(3+)以及金属阳离子如 Cd~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)、Ni~(2+)等不经净化直接排放,将污染环境危害人体健康。钝化含铬废水中的 Cr~(6+)以重铬酸盐和铬酸盐形式存在;Cr~(3+)以亚铬酸盐或金属阳离子形式存在,所以本所研究试图利用低热值的     

共存离子对ZVI/S.oneidensis还原U(Ⅵ)的影响研究

研究零价铁(ZVI)与奥奈达希瓦氏菌(S.oneidensis)协同还原去除水相中U(Ⅵ)时,共存离子Cr~(6+)、Fe~(3+)、Cu~(2+)、Mn~(2+)、Zn~(2+)、NO_3~-和SO_4~(2-)分别存在时对U(Ⅵ)还原效果的影响。结果表明:溶液中共存的Cr~(6+)和溶解态的Fe~(3+)对ZVI与微生物协同还原U(Ⅵ)均存在显著的抑制作用,且当溶液中共存Cr~(6+)的含量超过10.0 mg/L时,U(Ⅵ)的还原几乎被完全抑制。在共存金属浓度为20 mg/L时,Cu~(2+)、Zn~(2+)对U(Ⅵ)的还原均具有抑制作用,且Cu~(2+)的影响大于Zn~(2+);Mn~(2+)对U(Ⅵ)的还原有微弱的促进作用。共存阴离子SO_4~(2-)对U(Ⅵ)的还原有微弱的促进作用,且作用大小与其浓度成正相关;在0.5~5.0 mmol/L浓度范围内,12 h时,共存阴离子NO_3~-对U(Ⅵ)的还原有明显的抑制作用。     

改性污泥基生物炭的制备及其对Cd2+的吸附特性研究

为了提高废水中Cd~(2+)的去除效率并获得高效、低成本吸附剂,以市政污泥为原料,在300℃和500℃条件下限氧热解制备生物炭(BC300和BC500)并用NaOH进行改性(NC300和NC500)。通过元素分析、扫描电镜和傅里叶红外光谱等方法对污泥基生物炭进行表征,运用吸附动力学和吸附等温线系统研究了改性前后污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明:与未改性的污泥基生物炭相比,改性污泥基生物炭的极性降低,疏水性增强;碱改性炭表面具有更多的-CH_2-,C=O和C-O等官能团,有利于水体中Cd~(2+)的吸附; 4种污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型,NC300和NC500对于Cd~(2+)的最大平衡吸附量较改性前分别提高了2倍和1.1倍。     

近代分析技术研究农药与土壤活性组份作用机理

土壤中的粘土矿物和腐植酸是对农药吸附的最主要两类活性组份。作者从基于红外光谱（IR）、电子自旋共振谱（ESR）、X-衍射等近代分析技术,对农药在土壤活性组份上吸附机理的研究方法和主要结论进行了综述。     

二(2-乙基己基)磷酸大块液膜中传输四价铈的研究

二(2-乙基己基)磷酸(DEHPA)一直成功的作为一种含有氯仿膜的大块液膜载体有效的传输Ce~(4+)。文章采用有氯仿膜的大块液膜方法进行Ce~(4+)的传输研究,结果表明:pH为2左右的料液中含有纯净的Ce~(4+)或者Ce~(4+)与一些阳离子二者的混合物,这些阳离子包括Ca~(2+),Mg~(2+),Na~+,K~+,Pb~(2+),Fe~(3+),Cu~(2+),以及UO~(2+)等,而0.1mol/L的盐酸为传输池中分散相的反萃取剂。大于99%的Ce~(4+)会在2h以内有选择的渗入液膜以内,而在相同时间内其他阳离子的传输量将少于3%。料液相中存在的Fe~(3+)和UO~(2+)的存在对铈离子的传输有极大的影响。Fe~(3+)可以有效地利用加入到料液中的硫氰化钾或柠檬酸加以掩蔽,但是UO~(2+)的共传输却只能利用加入到料液相中的碳酸盐或硫氰酸盐来加以减少。     

溴代阻燃剂对氧化亚铁硫杆菌浸提废旧电脑主板覆层铜的影响

以破碎至10~20目(0.84~2.00 mm)的废旧电脑主板颗粒为试验材料,分为未处理(未去除溴代阻燃剂的主板颗粒)、处理(去除30%溴代阻燃剂的主板颗粒)、加萃取物(处理主板颗粒和萃取物)、对照4组. 以CCl₄作为萃取剂,采用固液萃取技术,分析了在微生物作用下不同处理组中ρ(Cu2+)、ρ(Fe3+)、E_h(氧化还原电位)和pH的变化,以考察溴代阻燃剂对氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)浸Cu率的影响. 结果表明:随着浸提时间的增加,氧化亚铁硫杆菌对未处理、处理和加萃取物3组的浸Cu率不同,其中处理组最好,加萃取物组最差. 浸提过程中,ρ(Fe3+)、E_h和pH与微生物活性、浸Cu率显著相关,表现为微生物活性越好,ρ(Cu2+)和pH越大,ρ(Fe3+)和E_h越小. 浸提24和168 h,处理组的浸Cu率比未处理组分别提高了14.11%和17.37%; 而加萃取物组的浸Cu率比未处理组分别降低了27.69%和21.67%. 表明废旧电脑主板中的溴代阻燃剂是影响微生物浸Cu率的重要因素之一. 为进一步提高浸Cu率,必须考虑溴代阻燃剂对微生物生长的影响.      

水体中N、Fe的存在形态对萘普生光解行为的影响

研究了水环境中不同形态的无机氮(NO_3~-、NO_2~-、NH_4~+)和铁(Fe~(3+)、Fe~(2+))对萘普生(NPX)紫外光降解的影响.结果表明,NO_3~-、NO_2~-、Fe~(3+)和Fe~(2+)均抑制NPX的紫外光降解,抑制率随添加浓度的增加而增大;NH_4~+对NPX的紫外光降解基本没有影响.同时,模拟在水体中不同p E值下,不同形态无机氮和铁体系分别对NPX紫外光降解的复合影响.研究发现,在无机氮体系,复合状态下对NPX的紫外光降解存在拮抗作用;在铁体系,复合状态下对NPX的紫外光降解存在协同作用.     

表面活性剂淋洗去除高岭土中镉和铅的研究

通过土壤淋洗试验证实了环境友好的表面活性剂鼠李糖脂和月桂基醚硫酸钠对高岭土中的Cd~(2+)和Pb~(2+)有较好的洗脱作用:鼠李糖脂对Cd~(2+)和Pb~(2+)的最大洗脱率分别为82.8%和>99.99%,月桂基醚硫酸钠对Cd~(2+)和Pb~(2+)的最大洗脱率分别为98.7%和99.8%。对于淋洗时间和淋洗剂浓度对洗脱率的影响,研究表明,淋洗存在最佳洗脱时间,2种表面活性剂均在2 h内对Cd~(2+)和Pb~(2+)达到最大洗脱,淋洗时间过长并不能增加洗脱率,反而会使鼠李糖脂淋洗Pb~(2+)的洗脱率下降。Cd~(2+)和Pb~(2+)的洗脱率随鼠李糖脂浓度升高先缓慢上升后逐渐下降,最佳淋洗剂浓度为40 mmol/L;Cd~(2+)和Pb~(2+)的洗脱率随月桂基醚硫酸钠的浓度上升而显著增加,最佳淋洗剂浓度为100 mmol/L。试验结果表明,表面活性剂鼠李糖脂和月桂基醚硫酸钠在去除土壤中的Cd~(2+)和Pb~(2+)方面具有应用前景。     

某铀矿区地下水中钍存在形式及饱和指数研究

文章以某铀矿区地下水为研究对象,在分析地下水化学成分的基础上,采用PHREEQC软件模拟在不同pH值条件下钍(Th)存在形式及其浓度值变化规律,分析pH值与地下水中Th生成物与SI值之间的变化关系。结果表明:研究区Th主要以ThOH~(3+)、Th(OH)_2~(2+)、Th(OH)_3~+、Th(OH)_4、Th~(4+)、ThSO_4~(2+_、Th(SO_4)_2与ThCl~(3+)等8种形式赋存,且Th(OH)_4占绝对优势;地下水化学成分浓度和pH值是影响Th存在形式的关键因素,当pH>3时,取决于水化成分含量,Th以Th盐或Th~(4+)为主要形式存在,随pH递增,水解作用增强,主要水解产物因pH值变化发生改变,最终以Th(OH)_4形式稳定存在。由SI指数可知,在研究区水文地球化学背景下,Th(SO_4)_2沉淀、溶解状态易受到pH值影响,Th(OH)_4、ThO_2状态未因pH改变发生变化。     

根据粘土样品的化学成分确定矿物类型

<正> 在评价粘土矿床时,首先需要确定粘土矿物的类型,这对于判定粘土原料的工艺学和工业利用具有很重要意义。粘土(或<0.001mm 级别的矿物)的化学组分主要是 SiO_2、Al_2O_3和 H_2O,此外还常有Fe_2O_3、FeO、MgO、CaO、MnO、K_2O、Na_2O、TiO_2和其它一些元素的氧化物等杂质,同时在化学分析时常常可测出 H_2O~-(吸附水)和H_2O~+(结构水或结晶水)。     

粘土矿物和碳纳米管对微囊藻毒素的吸附

研究了不同粘土矿物和碳纳米管 (CNTs)吸附去除水体中微囊藻毒素 (Microcystins,MCs)的作用 .结果表明 ,在MC RR和LR的初始浓度分别为 2 1 0和 9 5mg·L-1时 ,尽管高岭土和海泡石等粘土矿物对MCs有一定的吸附能力 ,但吸附量分别低于 3 0和 1 6mg·g-1.与测试的不同粘土矿物相比 ,CNTs对MCs的吸附能力较强 ,吸附MC RR和LR量分别达到了 14 8和 6 7mg·g-1,是粘土矿物吸附量的 5倍左右 .进一步研究发现 ,CNTs对MCs的吸附能力随CNTs外径的增加而减少 ,说明CNTs的比表面积是决定吸附MCs量大小的重要因素之一 ,这在如何选择碳纳米管规格用于高效吸附去除水体中MCs方面具有重要意义     

废水中GaAs、Ga~(3+)、Ge~(4+)对活性污泥脱氢酶的影响及其抑制动力学

以活性污泥脱氢酶的活性作为毒性指标,研究了半导体材料GaAs、Ga~(3+)、Ge~(4+)对活性污泥活性的抑制影响,并用Hg~(2+)作为参比材料;同时对抑制动力学也作了初步研究。实验表明,GaAs、Ga~(3+)、Ge~(4+)及Hg~(2+)的10％抑制浓度分别为45.00,371.63,0.13ppm/gMLSS,GaAs、Ga~(3+)、Ge~(4+)和Hg~(2+)在浓度分别为180,700,250和1.25ppm/g MLSS时的抑制常数分别为1.30×10~(-3),7.05×10~(-3),6.12×10~(-3)和5.49×10~(-3)mmol,且其抑制类型均属可逆非竞争性抑制。     

羧甲基-β-环糊精/磁性介孔硅对Pb2+的吸附研究

采用羧甲基-β-环糊精(CM-β-CD)和磁性介孔二氧化硅制得CM-β-CD/磁性介孔二氧化硅复合吸附剂(Fe_3O_4@SiO_2@mSiO_2-CM-β-CD),并应用于水体中Pb~(2+)的去除。通过SEM、EDS、FTIR、XRD等现代技术表征所得复合材料。研究表明:Fe_3O_4@SiO_2@mSiO_2-CM-β-CD对Pb~(2+)的吸附遵循伪二级模型,符合Langmuir模型。在298 K时,Pb~(2+)的理论饱和吸附量为60.8 mg/g。此外,热力学参数表明吸附过程是自发的。最后,Fe_3O_4@SiO_2@mSiO_2-CM-β-CD表现出优异的磁分离性能,此外还证明在强酸性条件下具有良好的稳定性。经5次再生循环作用后,Fe_3O_4@SiO_2@mSiO_2-CM-β-CD对Pb~(2+)仍保持较高的吸附容量。     

碱和磁复合改性小麦秸秆生物炭对水体中镉的吸附特性及机制

通过对小麦秸秆生物炭(BC)进行碱和磁复合改性得到改性小麦秸秆生物炭(FKC),在SEM-EDS、 BET、 FT-IR、 XRD和VSM等表征的基础上,研究了FKC对水中Cd~(2+)的吸附特性及温度、pH值和投加量等对吸附特性的影响,探讨了碱和磁复合改性提高小麦秸秆生物炭吸附Cd~(2+)性能的机制.结果表明,与BC相比,KFC结构疏松多孔,表面积增加了19.11倍,O—H、■等芳香族和含氧官能团数量增多,并且出现新的官能团Fe—O. FKC具有磁性,其磁化强度为8.43 emu·g~(-1),能够回收重复使用. FKC对Cd~(2+)的吸附更符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型,表明其主要以化学吸附为主,FKC的理论最大平衡吸附量为23.44mg·g~(-1),是BC的1.47倍. FKC对Cd~(2+)的吸附是自发的吸热过程.在pH为2～8范围内,随pH的升高FKC的吸附能力逐渐提高.生物炭的投加量为10 g·L~(-1)较好.经3次"吸附-解吸-再吸附"循环后,FKC对Cd~(2+)的吸附量仍达到17.71mg·g~(-1),表明其有良好的重复利用性.该研究结果可为碱和磁复合改性小麦秸杆生物炭应用于Cd污染废水处理提供理论指导.