土壤铁锰结核催化氧化与吸附铬/砷机理研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kathleen350191539
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
土壤铁锰结核作为锰氧化物主要富集形式之一,其兼具铁氧化物和锰氧化物的吸附氧化特性,可影响土壤中各种微量营养元素、污染元素的形态、迁移、转化和生物有效性。铁锰结核形成环境中存在Mn(Ⅱ)。Mn(Ⅱ)可吸附在铁锰结核表面并与之发生氧化还原反应,进而影响Cr(Ⅲ)、As(Ⅲ)等污染物的迁移转化。锰氧化物与Mn(Ⅱ)的研究已经较多,Mn(Ⅱ)在锰氧化物表面的氧化会影响矿物表面反应活性,甚至可能影响锰氧化物的整体结构。为此,本论文首先研究了不同条件下Mn(Ⅱ)在铁锰结核表面的催化氧化过程和锰(氢)氧化物可能形成的反应途径;进一步考察了有氧体系中天然土壤铁锰结核与Cr(Ⅲ)相互作用机理;探讨了紫外光照条件下铁锰结核与As(Ⅲ)作用的过程。研究的主要结果如下:1. 在铁锰结核表面催化Mn(Ⅱ)氧化过程中,考察了Mn(Ⅱ)浓度、p H值和溶解氧浓度对Mn(Ⅱ)氧化过程的影响。结果表明p H 4.0和6.0体系中Mn(Ⅱ)主要吸附到铁锰结核表面,而p H 8.0时铁锰结核可吸附和氧化Mn(Ⅱ),且Mn(Ⅱ)氧化速率随p H升高而增加。单一Mn(Ⅱ)溶液在p H 8.0氧气氛围下无明显氧化,铁锰结核能加速Mn(Ⅱ)的吸附与氧化,其消耗量随体系中溶解氧含量增加而增加,也即铁锰结核对Mn(Ⅱ)有催化氧化作用。吸附的Mn(Ⅱ)在铁锰结核表面发生氧化,并在矿物表面向O2进行电子传递,被催化氧化为Mn(Ⅲ)氧化物。由于铁锰结核矿相晶体结构和化学组成复杂,新生成Mn(Ⅲ)氧化物的具体结构尚待进一步表征分析。铁锰结核在反应30 d后没有观察到新矿相生成,但晶体结构在反应过程中有一定变化。随溶解氧浓度增加既促进了Mn(Ⅱ)氧化,又有利于矿物晶体结构稳定性的增强。2. 有氧条件下Cr(Ⅲ)在铁锰结核表面吸附以及催化氧化过程中,考察了铁锰结核化学组成、溶解氧浓度、p H和离子强度对铁锰结核与Cr(Ⅲ)反应的影响。结果表明铁锰结核能有效吸附和氧化溶解态Cr(Ⅲ)为Cr(Ⅵ),生成的Cr(Ⅵ)大部分吸附在铁锰结核表面,并伴随着Mn(Ⅱ)的释放;体系中溶解氧参与Cr(Ⅲ)氧化,Cr(Ⅲ)氧化速率随溶解氧浓度升高而增大。铁锰结核中锰氧化物是氧化Cr(Ⅲ)的主要物质,而铁氧化物则对溶液中Cr的吸附和固定起主要作用。在p H 5.0空气条件下,铁锰结核吸附Cr(Ⅲ)的量达到30.7 mg g-1,而氧化量最高仅有1.3 mg g-1,吸附Cr(Ⅵ)的量为0.8 mg g-1。铁锰结核在有氧体系中可催化Cr(Ⅲ)氧化,溶解氧浓度从0.3上升到40 mg L-1,溶液中Cr(Ⅲ)氧化量从2.2 mg L-1增加到2.8 mg L-1。有氧体系中,铁锰结核化学稳定性增强,释放的Mn(Ⅱ)在铁锰结核表面催化生成Mn(Ⅲ)中间体或Mn(IV)氧化物可进一步将Cr(Ⅲ)氧化为Cr(Ⅵ)。在空气氛围体系中,铁锰结核对Cr(Ⅲ)氧化速率随着p H(2.0?8.0)升高而减小,而随着离子强度上升而增大。3. 光照条件下铁锰结核与As(Ⅲ)的作用过程中,考察了不同波段的光照、气体氛围和p H值对铁锰结核氧化As(Ⅲ)的影响。结果表明铁锰结核可吸附和氧化As(Ⅲ),远紫外光照能促进As(Ⅲ)的氧化和铁锰结核中Mn(Ⅱ)的释放。随溶解氧浓度增加,As(Ⅲ)的氧化量增加,而Mn(Ⅱ)的释放量基本保持稳定。铁锰结核对As(Ⅲ)氧化能力随p H升高而增加,在p H 5.0、7.0、9.0条件下,As(Ⅲ)氧化率分别为20%、50%、75%。光反应过程中As(Ⅲ)在矿物表面生成多种活性氧物种(OH·和O2·-等)进一步促进了As(Ⅲ)的氧化,而对Mn(Ⅱ)的氧化还原行为影响较小。光照条件下As(Ⅲ)氧化和Mn(Ⅱ)释放过程相关性不大,As(Ⅲ)的氧化主要由于远紫外光照产生自由基,Mn(Ⅱ)的释放主要由铁锰结核在远紫外条件下光还原导致。本工作选择从自然环境中采取的土壤铁锰结核作为吸附剂和氧化剂来研究它对重金属的吸附、氧化以及催化氧化行为,将有助于理解Mn(Ⅱ)在天然铁锰结核形成过程中的变化,并有助于人们更好地了解铁锰结核对土壤环境中有毒金属离子迁移转化的影响机制,并为其环境行为与效应提供基础数据。
其他文献
Baeyer-Villiger(B-V)氧化是一种很有价值的有机反应,它可以直接将酮转化为相应的内酯或酯。然而,有机过氧酸作为传统的B-V氧化剂存在着成本高、选择性低和危害环境等缺点,所
氢是一种理想的清洁能源载体,电催化分解水是一种低成本且清洁的获取氢能源的方式。为了获得高的电解水效率,需要研究分解水包括催化阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER)的
委内瑞拉超重油油藏是一种具有高粘度、高孔隙度、高渗透率的油藏,但由于成藏的差异性,导致不同区块具有不同的储层性质和流体特征,针对储层和流体特征的差异性如何选择合适
丙烯酸酯聚合物以其优良的性能,如耐光性、成膜性、耐老化性以及稳定的机械和化学稳定性能等,广泛应用于橡胶、粘合剂、涂料等行业。但同时丙烯酸酯性能也存在一定的不足,如
近几年,国家大力推行小型水利工程的建设且已取得一定成效,但在定额造价管理方面主要针对小型水利工程借鉴参考,限于小型水利工程规模小、工期短、工程级别较低等特点,现行水利工程造价规范标准已不能满足小型水利工程建设发展的需要,并且与大中型水利工程的建设管理水平存在明显滞后,为提高小型水利工程建设管理水平,使造价工作更加有据可依、计价更加合理,小型水利工程的费用构成和取费标准的编制研究很有必要。因此论文以
近年来,国家推行了一系列财政预算体制改革措施,对政府部门财务预算管理愈加重视,高效、科学的管理方式为服务型政府奠定了基础。党的十八大和十八届三中全会明确提出了改进预算管理,实施全面规范、公开透明的预算制度的改革要求。伴随着新《预算法》的颁布,《政府会计准则》及《政府会计制度》的实施,要求行政事业单位财务管理应主动适应公共财政制度体系改革。海事部门作为水上交通安全的管理部门,具体负责水上交通安全的监
一个λ重的可分组设计(GDD)是一个有序三元组(X,g,A),其中X是一个点集,g是X的一个划分(称为组集),A是X的一个子集簇(称为区组集),每个组与每个区组至多有一个交点,并且每个取
云南省地处我国西南部,得天独厚的自然地理条件和雨热同期的气候条件使得云南省享有“植物王国”的美誉。云南省在新生代由于青藏高原的隆升,经历了多次较大的地质构造运动,
学位
β-二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulfoniopropionate,DMSP)主要是由海洋浮游植物和大型藻类合成的有机硫分子,在海洋环境中几乎无处不在,其生物代谢产物之一的挥发性气体二甲