黑锰矿催化氧化Fe(Ⅱ)生成铁氧化物过程及影响因素

自然界中的锰氧化物常与铁氧化物交结伴生,其形成和转化过程相互影响. Mn(Ⅳ)氧化物与Fe(Ⅱ)反应过程已有较多研究,然而有氧环境中低价锰氧化物氧化Fe(Ⅱ)生成铁氧化物的过程尚缺乏系统研究.本工作以黑锰矿为例,研究了开放体系中Fe(Ⅱ)在低价氧化锰矿物表面的氧化行为,分析了Fe(Ⅱ)浓度、溶解氧以及pH对Fe(Ⅲ)氧化物形成的影响.结果表明,黑锰矿在氧化Fe(Ⅱ)形成针铁矿和纤铁矿的同时,自身被部分还原释放Mn(Ⅱ).当反应体系pH值为3.0时,溶解氧氧化Fe(Ⅱ)作用弱,主要为黑锰矿氧化Fe(Ⅱ)并在其表面生成针铁矿.当反应体系pH值升高至5.0,黑锰矿催化加速了溶解氧对低浓度(<5.0 mmol·L^-1)Fe(Ⅱ)的氧化并生成水铁矿,随后转化成纤铁矿和针铁矿;Fe(Ⅱ)浓度升高(>5.0 mmol·L^-1),反应初期Fe(Ⅱ)直接被黑锰矿氧化,形成了以针铁矿和少量纤铁矿组成的包覆层,并导致氧化速率减弱,而溶解氧在Fe(Ⅱ)后期氧化过程中发挥了主导作用.这些结果丰富了表生环境铁锰氧化物的形成与共生机理,为土壤矿物形成演化提供了...     

湖南桃江锰矿对溶液中As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除及迁移行为对比

锰氧化物对砷的去除有着环境和地球化学现实意义,本文通过批实验和柱实验研究湖南桃江锰矿对溶液中As(Ⅴ/Ⅲ)的去除行为差异和迁移行为.Langmuir吸附等温线结果表明,锰矿对As(V)和As(Ⅲ)的理论最大吸附量分别为1.32 mg·g~(-1)和0.30 mg·g~(-1).As(Ⅴ/Ⅲ)在锰矿表面的动力学符合拟二阶动力学模型,表明锰矿吸附As(Ⅴ/Ⅲ)均属于化学吸附,受化学反应速率控制;反应吸附速率常数K_(2[As(Ⅴ)])K_(2[As(Ⅲ)]),表明锰矿对As(Ⅴ)的吸附速率更快.锰矿在氧化As(Ⅲ)时,溶液中As(Ⅲ)减少速率与溶液中Mn浓度变化非常一致,表明砷的氧化行为与锰矿相关.CDE和Thomas吸附模型拟合As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的迁移行为表明,Mn~(2+)、Al~(3+)、PO■和SiO■均会降低锰矿的最大吸附量和滞留因子,其中Al~(3+)对As(Ⅲ)的吸附具有较强的拮抗作用,最大吸附量下降至0.002 mg·g~(-1),对As(Ⅴ)的拮抗作用相对较弱,而PO■和SiO■对As(Ⅴ/Ⅲ)在柱实验中的拮抗作用相近.研究为就地处理湖南地表和地下水砷污染提供了新的处理矿物.     

几种土壤锰结核对Cr(Ⅲ)的氧化与锰矿物类型

以几种土壤锰结核为实验材料.研究了不同氧化锰对Cr(Ⅲ)的氧化特性。结果表明,供试锰结核对Cr(Ⅲ)的氧化能力大小顺序为N1-1>N4-1>N2-1>N5-1,与他们所含易还原性锰含量顺序不一致。换算成易还原性锰对Cr(Ⅲ)的氧化后,则其顺序为N4-1>N2-l>N1-1>N5-1。由组成供试锰结核的主要氧化锰矿物得知,对Cf(Ⅲ)的氧化能力;钠水锰矿>锂硬锰矿>钙锰矿,这可能与氧化锰矿物的结晶程度、晶体构造和Mn(Ⅳ)含量的差异以及Cr(Ⅲ)在氧化锰表面的吸附位置有关。     

Sb(Ⅲ)在蒙脱土、高岭土和针铁矿表面的吸附:pH值和离子强度的影响

研究蒙脱土、高岭土和针铁矿在不同pH值与离子强度的条件下对Sb(Ⅲ)的吸附及解吸行为.结果表明,随pH值的升高,Sb(Ⅲ)的吸附减弱,离子强度对Sb(Ⅲ)在三种矿物表面的吸附影响较弱,而矿物表面吸附的Sb(Ⅲ)不易解吸.三种矿物对Sb(Ⅲ)的吸附能力差别较大,蒙脱土的吸附量远大于针铁矿和高岭土,针铁矿的吸附量稍高于高岭土.     

pH值和矿物成分对砷在红土中迁移的影响

研究了体系pH值和土壤矿物成分对贵州省安顺和遵义两个地区碳酸盐岩红土吸附砷的影响，探讨了红土对砷的吸附机理。研究发现：pH值是影响砷吸附的重要因素，一般来说，酸性环境（pH=4-7)有利于红土对砷的吸附，随着体系pH值的升高，红土对砷的吸附量逐渐降低；不同矿物成分的红土对砷的吸附性能差异很大；含针铁矿高的红土对砷的吸附量逐渐降低；不同矿物成分的红土对砷的吸附性能差异很大；含针铁矿高的红土对砷表现出良好的吸附性能。说明针铁矿与红土吸附砷有很大的正相关性。     

天然氧化铁矿物对铅离子的吸附研究

通过对铅离子在天然铁的(氢)氧化矿物吸附行为的研究,总结了它们的吸附特征。(1)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。(2)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呈无规律性地变化。(3)pH值对铁氧化物矿物的吸附性能影响最大。(4)初始浓度越大,氧化铁矿物的吸附量也越大,但吸附率变化复杂且没有规律性。(5)Freundlich等温吸附式较为符合铁氧化矿物的吸附行为。     

抗氧化系统在蜈蚣草细胞砷解毒机制中的作用

砷超富集植物——蜈蚣草体内可以富集高浓度的砷且不表现出受害症状,暗示蜈蚣草细胞具有较强的砷解毒机制.为探讨抗氧化系统在蜈蚣草砷解毒机制中的作用,测定了0、0.5、1和2mmol/L的砷酸盐[As(Ⅴ)]、亚砷酸盐[As(Ⅲ)]和二甲基胂酸盐(DMA)处理下蜈蚣草愈伤组织的丙二醛(Malonyldiadehyde,MDA)含量、非酶类抗氧化物质含量和酶类抗氧化物质的活性.结果表明,0.5mmol/L As(Ⅴ)和DMA就可以诱导氧化胁迫的产生,浓度越高胁迫程度也越严重.而1mmol/L的As(III)仍未使蜈蚣草愈伤组织产生氧化胁迫.在As(Ⅲ)处理下,酸溶性巯基含量增加,叶绿素和类胡萝卜素含量不变,过氧化氢酶(Catalase,CAT)和过氧化物酶(Peroxidase,POD)活性增加.在As(Ⅴ)处理下,酸溶性巯基含量减少,叶绿素和类胡萝卜素含量略有上升;CAT和POD活性先增加后减少.在DMA处理下,酸溶性巯基含量减少,叶绿素含量降低而类胡萝卜素含量增加,CAT和POD活性先增加后减少.与As(Ⅴ)和DMA相比,As(Ⅲ)处理下高酸溶性巯基含量、高氧化酶活性和低MDA含量暗示As(Ⅲ)对蜈蚣草的毒性可能比As(Ⅴ)和DMA要小.这些结果表明,酸溶性巯基和酶类抗氧化物质(CAT和POD)在蜈蚣草细胞砷解毒机制中发挥着重要作用.图4参22     

硝酸盐还原和亚铁氧化对贪铜菌还原砷的影响

华南红壤区水稻土具有含铁量较高、氮元素输入量较大的特性,且部分矿区周边的水稻田受砷污染严重,不仅影响水稻产量,还对食品安全和人类健康造成威胁。利用多轮传代富集的方法,从华南红壤水稻土中纯化获得一株具有硝酸盐还原、亚铁氧化和砷还原功能的贪铜菌Cupriavidus metallidurans Paddy-2。以该细菌为研究对象,探讨纯细菌体系中,硝酸盐还原和亚铁氧化过程对微生物还原As(Ⅴ)的影响,测试了反应体系中As(Ⅴ)和硝酸盐的还原动力学,以及Fe(Ⅱ)的氧化动力学,并对体系中Fe(Ⅱ)氧化所生成的矿物沉淀进行表征分析。As(Ⅴ)还原动力学结果表明,中性厌氧条件下贪铜菌对As(Ⅴ)的还原率为100%,而分别加入硝酸盐和Fe(Ⅱ)均能有效抑制贪铜菌对As(Ⅴ)的还原作用(还原率为27%~49%),两者同时存在对As(Ⅴ)还原的抑制作用最大(还原率只有21%)。硝酸盐作为末端电子受体,由于其氧化还原电位比As(Ⅴ)更高,因此比As(Ⅴ)更容易接收电子,从而减缓贪铜菌对As(Ⅴ)的还原效率。Fe(Ⅱ)氧化动力学和矿物表征结果表明,只有在硝酸盐和Fe(Ⅱ)共存的体系里,Fe(Ⅱ)的氧化才能得到有效的促进,并生成含Fe(Ⅲ)的无定形矿物。这些Fe(Ⅲ)矿物覆盖在菌株表面,有可能降低菌株的代谢活性,并有效吸附As(Ⅴ),从而减低体系中As的浓度,达到降低As毒性的效果。研究结果可为受砷污染农田的生物修复技术的开发提供科学依据。     

六方水钠锰矿对罗丹明B的去除效果及机理

六方水钠锰矿作为环境中一种具有较强氧化与吸附能力的氧化锰矿物,对环境中的有机染料有着一定的去除作用.采用常压回流法一步合成纳米六方水钠锰矿,运用X射线衍射(XRD)、电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES)、BET氮气吸附法、场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM)对其矿物晶体结构、化学组成、比表面积、孔径分布...     

砷氧化菌Pseudomonas sp. AO-1的分离鉴定及其对As(Ⅲ)的氧化性能研究

随着环境砷污染日趋严重和不断地传播使得人类健康处于高风险之中,修复治理环境中的砷污染刻不容缓。将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ)是治理砷污染的关键步骤,因此寻找一种经济且绿色的氧化技术成为了研究热点,而微生物氧化As(Ⅲ)被认为是治理砷污染一种绿色经济可行的方法。从湖南锡矿山矿区含砷的土壤中筛选出一株砷氧化菌,并利用分子生物学技术对其进行了鉴定;研究了其对As(Ⅲ)的抗性,不同As(Ⅲ)浓度下的生长特征曲线,不同pH条件下As(Ⅲ)的氧化性能,生长曲线及其氧化动力学。研究结果表明：该菌属于假单胞菌属(Pseudomonas),将其命名为Pseudomonas sp.AO-1(简称：AO-1),其对As(Ⅲ)的抗性达2 000 mg·L^-1,具有较高的抗性;当As(Ⅲ)质量浓度高于100 mg·L^-1时,菌株AO-1的生长受到了明显的抑制,其进入对数增殖期的时间延后,稳定期较短,衰亡期提前;pH对菌株AO-1的生长及As(Ⅲ)氧化率有显著的影响,其最适生长pH为7;当pH为3-8时,菌株AO-1氧化As(Ⅲ)的氧化率随pH的升高先提高后减小,pH为7...     

可见光/亚甲基蓝/抗坏血酸活化分子氧氧化水中的As(Ⅲ)

本文研究了可见光/亚甲基蓝(MB⁺)/抗坏血酸(H₂A)活化分子氧体系(可见光/MB⁺/H₂A体系)氧化水中三价砷(As(Ⅲ))的过程与机理.考察了光照、pH、H₂A浓度、MB⁺浓度、As(Ⅲ)初始浓度及水中常见阴离子和有机质的对As(Ⅲ)氧化效率的影响,通过自由基抑制实验和溶液光谱变化鉴定了体系中的活性物种及其生成机理.实验结果表明,光照对As(Ⅲ)的氧化有明显促进作用;在pH=8.0—9.5范围内,As(Ⅲ)的氧化随着pH的升高而加快;pH=9.5条件下,H₂A剂量的增加对As(Ⅲ)的氧化呈现先促进后趋于稳定的趋势,H₂A最佳投加量为300μmol·L^-1;MB⁺最佳投加量为5 mg·L^-1.机理研究表明,H₂A和分子氧之间的双电子反应产生的H₂O₂是可见光/MB⁺     

溶液pH和吸附离子对水相中δ-MnO2氧化Cr(Ⅲ)的影响研究

实验室研究了溶解氧、介质pH及表面吸附离子(PO43–、Cd2 、Pb2 )种类等对人工合成的氧化锰(δ-MnO2)在水相中对Cr(Ⅲ)的氧化作用。结果表明:当悬浮液中ρ(MnO2)/ρ(Cr)为10/1时,氧化锰对Cr(Ⅲ)的氧化量达最大;pH值的升高降低Cr(Ⅵ)→Cr(Ⅲ)氧化还原电位以及增强Mn2 催化作用可以增强溶解氧对Cr(Ⅲ)的氧化能力。溶液pH的提高导致Cr(Ⅲ)的水解程度增强而生成Cr(OH)3沉淀和吸附离子后氧化锰表面位点的减少,可以提高Cr(Ⅲ)稳定性。因此,土壤和沉积物δ-MnO2在水相中氧化Cr(Ⅲ)的能力与溶液化学性质密切相关,且在Pb污染下显著降低。     

半胱氨酸强化针铁矿类芬顿反应降解2,4-二氯苯酚及影响因素

2,4-二氯苯酚(2,4-dichlorophenol,DCP)是一种高毒性有机污染物,可对生态环境和人类健康构成严重威胁,因此,DCP降解是水环境研究关注的重点。以针铁矿为原料,在有氧避光条件下,研究了半胱氨酸强化针铁矿类芬顿反应降解DCP的反应机制,以及体系中半胱氨酸浓度、过氧化氢浓度、不同p H值和有机配体等因素对半胱氨酸强化针铁矿类芬顿反应降解2,4-二氯苯酚的影响。结果表明,半胱氨酸的加入通过促进Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),强化针铁矿类芬顿反应降解DCP。在半胱氨酸(1 mmol·L~(-1))存在时,针铁矿/过氧化氢体系对DCP的降解率提高了1.9倍,但随着半胱氨酸浓度的增加到5 mmol·L~(-1),过量半胱氨酸与体系中过氧化氢发生反应,导致DCP降解率随着半胱氨酸浓度增加而先升高后下降,其中羟基自由基是氧化降解DCP的主要活性物种。过氧化氢浓度的增加(1—10 mmol·L~(-1))能够促进类芬顿反应,提高DCP降解率,但过量的过氧化氢会消耗体系中的半胱氨酸,使DCP降解率下降。在不同p H(3、4、5、7)条件下,DCP降解率随p H值升高而下降,在p H=3时DCP降解率最大,为80.3%。另外考察了水体中不同有机配体对DCP降解的影响,结果表明腐殖酸和草酸对DCP的降解均起到了促进作用,而柠檬酸则表现出对DCP降解的抑制作用。该研究结果对实现水体高效降解DCP污染具有重要的理论指导意义。     

中南地区几种地带性土壤中的氧化铁类型与钼吸附特性

应用X射线衍射和化学分析等手段研究了中南地区几种地带性土壤中的氧化铁类型与钼吸附的关系，结果表明：供试土壤粘粒的氧化铁以晶质氧化铁为主，非晶质氧化铁含量低；砖红壤和赤红壤中的晶质氧化铁以赤铁矿为主．其次为针铁矿；红壤、棕红壤中针铁矿含量比赤铁矿含量稍高，黄棕壤中的晶质氧化铁全为针铁矿；针铁矿的平均晶粒大小（MCD）一般比赤铁矿的小，而比表面积却比赤铁矿的大；针铁矿型氧化铁的钼吸附量比针－赤混合型氧化铁的高，从砖红壤到黄棕壤．单位重量的晶质氧化铁的钼吸附量随G／（G＋H）比值的升高而增大．     

应用HPLC-ICP-MS联用技术进行Hg的形态分析研究

元素形态概念的提出是现代材料和生命科学等领域的发展需要，如果仅研究体系中元素的总量，已经不足于研究该元素在体系中的生理、毒理作用．元素的行为效应并不取决于该元素的总量，特定的元素只有在特定的浓度范围和一定的存在形态才能对生命系统和生物体发挥作用．不同的元素形态有不同的性质，如有机砷化合物的毒性一般小于无机砷；As(Ⅲ)的毒性大于As(Ⅴ)，烷基化汞、     

硫酸盐还原菌介导针铁矿表面硫的转化及镉固定脱毒效应

土壤重金属镉(Cd)污染问题日益严重,已对农产品及人类健康造成严重威胁,研究Cd污染土壤修复技术具有重要环境意义。微生物修复技术,如硫酸盐还原菌(sulfate reducing bacteria,SRB)介导下重金属的固定技术,是土壤Cd污染控制修复的主要途径。而土壤中硫和铁均具有较高的地球化学活性,与重金属的脱毒转化密切相关。然而,目前关于铁物种、铁氧化物和SRB共存的情况下,重金属还原固定行为还缺乏深入的研究。文章通过构建"SRB-针铁矿-重金属"的交互反应体系,研究体系中硫的转化、铁还原、重金属镉的环境行为以及矿物物相变化,并对其作用机制进行初步探讨。结果表明,纯化学(针铁矿+FeCl_2+CdCl_2)培养条件下,体系并未发生明显的铁还原和硫酸盐还原过程,90%以上的重金属Cd以游离态形式存在;在SRB作用下(针铁矿+SRB),体系中硫酸盐和针铁矿均被迅速还原,在反应30 d时,66.34%硫酸盐被还原,同时生成2.17 mmol·L~(-1) Fe(Ⅱ);添加Cd Cl_2(针铁矿+CdCl_2+SRB),抑制了硫酸盐还原和铁还原过程,反应30 d后,体系中62.21%硫酸盐被还原,约50.65%的游离态的Cd(Ⅱ)可被吸附固定到矿物中。然而,外加FeCl_2可加速SRB对硫酸盐和针铁矿的还原,同时也可进一步促进游离态的Cd(Ⅱ)固定脱毒,其去除率可达66.89%(针铁矿+FeCl_2+CdCl_2+SRB)。矿物形貌和结构的表征显示,在SRB介导硫酸盐还原过程中,矿物的物相仍以针铁矿为主,另有Cd S固体生成。以上研究结果可为深入理解土壤中重金属的环境行为,研发高效的重金属脱毒技术提供科学依据。     

绿藻胞外聚合物对无机砷生物累积特征的影响

绿藻对无机污染物的净化作用受其自分泌胞外聚合物EPS影响.以EPS释放量高的蛋白核小球藻为绿藻代表,通过24 h短期As(Ⅲ)和As(V)的模拟水体暴露实验,研究绿藻对无机砷的生物累积特征及EPS影响.结果表明,在0—40 mg·L~(-1) As(Ⅲ)和As(V)暴露浓度范围,蛋白核小球藻细胞内的砷累积速率随暴露浓度的增加而升高,其动力学拟合结果符合Michaelis-Menten酶促反应动力学方程. EPS与无机砷存在界面相互作用影响,无机砷暴露浓度升高可促进小球藻EPS分泌, EPS与砷累积速率之间呈现正相关线性关系(R~2 0.900),主要影响成分是溶解态EPS.完整藻细胞与脱除胞外聚合物的活体细胞相比, As(Ⅲ)、As(V)暴露的最大吸附累积量分别增加30.6%和14.2%,而最大胞内累积量降低49.0%和31.0%. EPS与无机砷的微界面交互作用影响绿藻对砷污染的净化修复.     

微生物砷还原机制的研究进展

砷是一种剧毒物质,环境中的砷对人体健康存在潜在威胁,因此长期以来备受关注.微生物的各种代谢过程对砷在环境中的归趋起着重要作用,其中砷还原微生物能将吸附于固体矿物中的As(Ⅴ)还原为可溶性强的As(Ⅲ),使砷进入液相,从而加剧了地下水等饮用水源的砷污染.论文主要介绍了两种微生物砷还原机制(异化砷还原和细胞质砷还原)在作用...     

零价铁/炭去除水中的As(Ⅴ)

将零价铁(ZVI)分别与活性炭,石墨,碳纤维和碳纳米管按照质量比10:1组成电偶腐蚀体系用于水中As(Ⅴ)去除,结果显示零价铁/活性炭组合的去除效果略高于其它组合.XRD测试表明,组合体系中零价铁腐蚀的主要反应产物为纤铁矿,磁铁矿/磁赤铁矿.对零价铁阳极/活性炭阴极不同质量比例的研究表明,1:1时效果最佳.随着电解质浓度升高,As(Ⅴ)去除效率增大,在0.03 mol·1-1 NaCl电解质条件下,初始As(Ⅴ)为5 mg·1-1时,零价铁/活性炭组合与As(Ⅴ)反应2.5 h后,As(Ⅴ)的去除率达到100%.SO2-4,NO-3,CO2-3,SiO4-4,PO3-4等共存阴离子,以及腐殖酸对零价铁/活性炭组合去除As(Ⅴ)影响的研究结果表明,CO2-3,PO3-4和腐殖酸对As(Ⅴ)的去除效率影响不大,SiO4-4具有一定的抑制作用,相反,SO2-4和NO-3表现为明显的促进作用.     

土壤中铜、砷对水稻生长发育影响的研究

通过田间小区试验，研究了广州近郊冲积土添加重金属铜、砷对水稻生长发育的影响．结果表明，随着铜、砷浓度的增加，水稻的株高、生物产量和经济产量均明显下降；铜、砷在水稻各器官的含量分布是根＞茎叶＞糙米；糙米对铜、砷的吸收累积量很少，均未超过食品卫生标准．若以产量下降10％作为水稻受害的临界点，则铜的临界浓度为100mg／kg，砷为30mg／kg．