黄铁矿典型晶面氧化机理研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wavepku
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着经济社会的高速发展,采选矿作业导致大量尾矿堆积,其中金属硫化物矿山环境中大量暴露于地表的金属硫化物发生氧化,导致有毒的(重)金属元素释放及全球酸性矿山废水(acid mine drainage,AMD)环境问题突出。普遍认为黄铁矿氧化是形成AMD的主要来源。了解黄铁矿氧化成为从根本上缓解AMD的关键问题。关于黄铁矿表面氧化已有大量的研究报道,但大多数研究主要以粉末样品为研究对象,忽略了黄铁矿自身表面结构的影响,导致对黄铁矿氧化机理理解不透彻。本研究从黄铁矿晶体结构及晶面活性角度出发,利用黄铁矿典型晶面溶解实验和动力学,结合电化学测试技术、DFT理论计算和拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)、光电子能谱(XPS)等表征手段,研究了黄铁矿典型晶面氧化机理和晶面氧化速率差异性,从而加深对黄铁矿氧化及AMD研究的理解并提供理论依据。结果表明:黄铁矿晶面溶解试验中,界面化学反应模型最符合黄铁矿晶面溶解动力学,表明黄铁矿氧化过程受化学反应控制。不同条件下黄铁矿晶面溶解速率常数依次为k(pH=1)>k(pH=3)和k({210})>k({100})。电化学测试表明,pH增加(1~11),黄铁矿氧化还原过程先减弱后增强。中性和碱性条件下形成的致密且无孔的S~0和羟基氧化铁(Fe-OOH)抑制黄铁矿的氧化。碱性条件下更多的S~0转化为可溶性硫氧(SO)物种(例如,SO32-和S2O32-),导致其氧化作用强于中性条件。动电位极化和电化学阻抗(EIS)结果表明黄铁矿典型晶面电化学氧化速率顺序为r{210}>r{111}>r{100}。多种表面表征技术表明,黄铁矿典型晶面氧化产物主要为S~0,Sn2-和SO(S2O32-+SO32-+SO42-)和铁氧化物(Fe(II)-O,Fe(III)-O(OH)和Fe(III)2(SO4)3)。根据总反应铁含量(Total Fe reacted)和总硫氧化产物含量(Total oxidised S)可得3个黄铁矿晶面的氧化顺序为:{210}>{111}>{100}。DFT理论计算表明,与H2O相比,O2优先解离吸附在黄铁矿表面;O2在3个黄铁矿表面上的吸附稳定性顺序为{111}>{210}>{100},而H2O在3个黄铁矿表面上的吸附稳定性遵循{210}>{111}>{100}的顺序。O2的解离有利于H2O在黄铁矿表面的进一步吸附;与单独的H2O或O2吸附相比,H2O和O2的共吸附可增强黄铁矿表面氧化。
其他文献
随着社会和经济的快速发展,我国对于钒和氧化铝的需求量逐渐增大,造成了大量页岩提钒尾渣和赤泥的产生。堆积或填埋是页岩提钒尾渣和赤泥目前主要的处理与处置方式,这不仅造成了土地资源的大量浪费,还会对水土产生污染,给当地生态环境和周边居民健康带来了严重的威胁。本研究在分析页岩提钒尾渣和赤泥特性的基础上,以页岩提钒尾渣和赤泥作为主要硅铝原料来制备页岩提钒尾渣-赤泥基地聚物,以期实现两种固体废物的高效综合利用
学位
在社会工业的飞速发展下,带来了许多水环境污染问题,危害了人体健康和生态环境。高级氧化法(Advanced Oxidation Process,AOPs)是高效的废水处理技术之一,有着诸多优势。高级氧化技术易于操作,稳定的催化活化氧化剂产生羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO4-·)等强氧化自由基,快速降解废水中可生化性差的有机污染物。近20多年来,人们已经开展了许多关于探索高级氧化技术的研究,
学位
蛭石因具有吸附性能强、吸附容量大、化学稳定性强及生态友好等特点,目前在环境治理中主要将其作为吸附剂广泛应用于污水净化及土壤修复等领域,而将其作为底质改良剂应用于富营养化湖泊的生态修复有关方面的研究则鲜有报道。因此本研究通过在湖泊底质中设置不同比例的蛭石,探讨其对沉水植物恢复过程的影响。通过分析苦草和黑藻的生长及生理生态指标的变化,确定其最适生长环境条件;通过根系微生物群落对比分析,探讨其对底质微环
学位
湖泊的富营养化现象不仅会破坏水体的生态环境,造成水生生物的大量死亡,而且也会危害到人类的身心健康。磷元素作为湖泊富营养化的限制因素,即使在外源磷得到有效的控制下,沉积物中的内源磷也会持续向水体释放,使富营养化问题难以解决。因此,为从根本上治理湖泊的富营养化问题,本研究首先探究了不同环境因子对湖泊沉积物内源磷的释放影响,然后基于凹凸棒土进行改性处理,制备了镧改性凹凸棒土(La-TCAP)这一新型固磷
学位
水和土壤中的重金属(特别是汞和镉)污染是一个全球性的重大环境问题。因其易积累、难挥发、毒性大且不能被生物降解,对生态环境和人类健康存在重大威胁,所以对重金属的固定具有非常重要的意义。利用微生物对重金属进行吸附、累积和矿化等固定的研究及应用受到越来越多关注,特别是微藻因其自养、生物量大、种类多易培养的特性在重金属固定中发挥越来越大的作用。本研究拟用高浓度的磷酸盐来培养改性微藻制备表面高载磷微藻,研究
学位
砷具有高毒性,砷污染会带来一系列高危害环境问题,土壤中的砷会通过食物链累积到人体中,对人体造成伤害。面对日益严重的土壤砷污染问题,寻找经济高效、安全、无二次污染的修复技术已刻不容缓。本课题主要研究了高效钝化剂(氨水+硫酸亚铁+海泡石)对土壤中砷的稳定性及其机理。实验期间,通过对九种钝化剂组合对含砷土壤的稳定化效果比较、抗浸出实验、体外模拟消化实验,筛选确定钝化剂组合,并进行了正交实验确定钝化剂组合
学位
随着新高考改革进程的有序推进,初高中数学教学面临新的要求.如何做好初高中数学教学的衔接,让学生适应新高考,使学生在高考中取得好成绩,是新高考背景下广大中学数学教师需要探讨和解决的问题.
期刊
发酵产酸是剩余污泥资源化处置的重要途径之一。通过剩余污泥发酵产酸,不但能够得到具有高附加值的挥发性脂肪酸(Volatile Fatty Acids,VFAs),还可实现剩余污泥的减量化。由于剩余污泥中大部分有机质是由胞内有机物和大分子胞外聚合物组成,很难被水解酸化细菌利用,导致发酵周期过长,剩余污泥产酸率低。通过氧化剂预处理,可以提高剩余污泥可生化性,从而促进其发酵产酸过程。高锰酸钾-亚硫酸钠(P
学位
能源危机和环境污染是21世纪最为严峻的两个问题。中国在2007年消耗的甲醛位于世界第一,大量含甲醛废水的排放,对自然环境和人类健康造成了严重的威胁。因此,开发高效的甲醛废水处理技术日益迫切。此外,氢能源因其能量密度高、绿色环保的特性而被认为是未来最值得期待的能源,从而得到广泛的关注。将甲醛制氢与高级氧化技术结合可实现甲醛降解过程中同步制氢。此种方法克服了传统制氢方法存在的效率低和成本高等弊端,对缓
学位
随着核电产业的发展,核废水中放射性核素的去除成为目前的焦点之一。碳材料因其较大的比表面积、广泛的原材料来源、低廉的价格等优点而被广泛应用于含铀废水的处理。虽然碳材料在除铀领域有许多优势,但是它依然存在吸附容量低、对铀的选择吸附性差以及抗干扰能力不足等问题。到目前为止,表面功能化是提高材料吸附性能的重要技术手段。本研究选取聚乙烯亚胺和偕胺肟基团,分别对活性炭、碳纳米管进行表面改性,成功制备聚乙烯亚胺
学位