矿物表/界面作用是元素地球化学循环的重要环节，而矿物表面微结构及其性质是矿物表/界面作用的关键制约因素。已有研究成果表明，矿物表面微结构和表面性质不仅对矿物自身的溶解和生长过程起着重要作用，而且对环境中有机物和重金属离子等各类污染物与矿物表面之间的作用方式、反应速率有一定的控制作用。作为地壳中含量最丰富的矿物之一，SiO2矿物表/界面作用在整个地壳的元素迁移、转化和富集过程中扮演着极其重要的角色，而SiO2矿物又由多种同质多像变体构成，变体间的晶体结构不同可能导致其表面微结构和表面性质存在或大或小的差异。因此，开展SiO2同质多像体矿物表面微结构及其性质的研究对探明SiO2矿物表/界面作用是十分必要的，既能明确SiO2同质多像体矿物结构-性质-反应性的关系，而且能为系统地研究土壤和沉积物中的元素循环和环境污染物的界面反应过程与规律提供理论参考，同时也为污染土壤的评估与修复提供理论依据和技术支持。　　本论文以SiO2同质多像体矿物表面差异性为核心，以常见的SiO2同质多像变体——α-石英和α-方石英为研究对象，从宏观界面反应规律及特征和微观局域原子结构变化两方面出发，利用溶解和吸附实验，并结合表面分析技术，系统地考察了表面结构和性质差异性对α-石英、α-方石英表面溶解行为的影响，以及典型的有机阳离子染料和重金属离子污染物在不同矿物表面的吸附行为和作用机制差异，获得了以下认识:　　（一）α-石英、α-方石英的晶体结构、表面微结构及性质的差异性对比　　(1)α-石英、α-方石英不同晶面上的羟基种类和密度均不相同;　　(2)酸碱滴定法测得其颗粒表面位密度结果表明，α-石英的表面位密度高于α-方石英。一般酸碱滴定法测得的α-石英、α-方石英的表面位密度分别为11.8和7.4 sites/nm2;格氏图(Gran plot)法测得的相应结果分别为10.6和6.2 sites/nm2，两者不同方法测得的结果相近，但均比模拟计算得到的结晶学统计值大;　　(3)α-石英的等电点约为2.8，α-方石英的等电点约为3.2，因此，单从羟基给出质子的能力而言，α-石英大于α-方石英，这对其界面反应性必然会有一定的影响。　　（二）α-石英、α-方石英的表面差异性对其在酸、碱和盐等不同性质溶液中的溶解行为及其机制影响　　(1)在一定范围内，H+浓度升高促进α-石英、α-方石英的溶解，继续升高，溶解反而受到抑制;OH-浓度的升高则能一直促进α-石英、α-方石英的溶解。这与H+和OH-引发溶解反应的机制不同有关。在HNO3和电解质溶液KCl、MgCl2中，硅溶出量与表面羟基量呈正相关关系:α-石英的表面硅溶出量高于α-方石英;而在NaOH溶液中硅溶出量与表面羟基量却呈负相关，这与两者的结构差异有一定的关系;　　(2)α-石英、α-方石英在HNO3溶液中溶解过程符合零级动力学方程;在NaOH溶液中符合准二级动力学模型;在KCl、MgCl2溶液中符合准一级动力学方程;　　(3)α-石英、α-方石英在不同溶液中的溶解差异，与溶液中离子与表面反应时生成的表面结构不同有关:在H+溶液中表面生成＞SiOH2+，在OH-溶液中表面生成＞SiO-结构;在电解质溶液中（偏中性条件），虽部分表面位为＞SiO-，但溶解过程也受到电解质离子吸附的影响;　　(4)α-石英、α-方石英的溶解并不会在其表面生成无定型二氧化硅层。（三）α-石英、α-方石英的表面差异性对其吸附典型的有机阳离子染料——亚甲基蓝、结晶紫的行为及其机制影响　　(1)亚甲基蓝和结晶紫在α-石英、α-方石英的吸附是由其表面位密度控制的。α-石英表面较高的位密度使得其对亚甲基蓝和结晶紫的单位面积吸附量均高于α-方石英;且两者对亚甲基蓝和结晶紫的吸附符合Langmuir吸附模型，表明为单层吸附;　　(2)当溶液pH值高于等电点时，α-石英表面较强的脱质子能力（等电点更低）使其表面能快速完成电荷反转（由正变负），从而使得α-石英对亚甲基蓝的吸附量增长量随pH值变化得更快;α-石英、α-方石英对亚甲基蓝的吸附能力随溶液pH升高而增强;　　(3)α-石英、α-方石英对亚甲基蓝的吸附能力随温度升高而增强，为吸热反应，且α-石英的焓变值为16.71 kJ/mol，大于α-方石英的焓变值10.31 kJ/mol;　　(4)α-石英、α-方石英表面参与反应的O/Si值分别为1.8∶1和1.5∶1，均介于孤立羟基O/Si(1∶1)和孪位羟基O/Si(2∶1)之间，这表明表面存在孤立和孪位两种羟基类型，且α-石英中较高的O/Si值表明其表面孪位羟基的比例更高;　　(5)α-石英、α-方石英不同的表面位密度使得吸附的亚甲基蓝和结晶紫单体在其局域表面的几何排布存在差异:α-石英表面位密度高，吸附量大，亚甲基蓝和结晶紫单体在其表面的平均倾角大;α-方石英表面位密度低，吸附量小，平均倾角也小。　　（四）α-石英、α-方石英的表面差异性对其吸附Cu2+、Pb2+、Zn2+、Co2+等四种常见重金属离子的行为和机制的影响　　(1)α-石英、α-方石英对Cu2+的吸附量与溶液pH值呈正相关变化，在溶液pH值较低时，吸附量增长速率较慢，α-石英的吸附量增长率比α-方石英的高;pH越高，增长速率越快。在整个pH研究范围内，α-石英对Cu2+的吸附量均大于α-方石英;　　(2)α-石英、α-方石英对这四种重金属离子有明显的吸附选择性，吸附量大小顺序为Pb2+＞ Cu2+＞ Co2+＞ Zn2+;吸附反应主要靠表面羟基反应位与重金属离子的配位作用，因此，α-石英对各金属离子的单位面积吸附量均大于α-方石英;　　(3) EPR研究结果表明，α-石英、α-方石英与Cu2+发生配位作用，生成内壳层配合物(g=2.08)，无外层配合物的g=2.18的自由Cu2+信号;　　(4)α-石英在不同初始pH值的Cu2+溶液的反应产物中g=2.05谱峰的出现，表明可能表面生成产物不同。而α-方石英在溶液pH=4.94时，出现g=2.08的配位铜信号，且有弱的超精细结构分裂，部分Cu2+与表面位以单核双配位形式(SiO)2Cu结合;当溶液pH升高至5.48时，谱峰变窄且增强，Cu2+与表面位有较多的单核单配位结合形态（SiOCu+或SiOCuOH）生成;当溶液pH进一步升高，EPR谱中配位铜的信号减弱，Cu2+的水解作用增强，部分Cu2+可能已经形成沉淀;　　(5) ITC实验结果表明，α-石英、α-方石英吸附Cu2+、Pb2+、Zn2+的反应为吸热反应，而吸附Co2+的反应为放热反应。α-石英吸附Cu2+ Pb2+、Zn2+的焓变值高于α-方石英。α-石英、α-方石英吸附Co2+的热效应与吸附Cu2+、Pb2+、Zn2+明显不同，可能与Co2+吸附在其表面后形成的短程有序结构有关。