类质同像置换对磁铁矿表面反应性的制约:基于表面羟基位密度的角度
铁(氢)氧化物在土壤、沉积物和水相颗粒物中分布广泛,表面氧化还原活性高,以及电子输运能力强,对环境污染物(重金属和有机污染物)的地球化学过程起着重要的控制作用.相比于常见的针铁矿和赤铁矿等含铁矿物,磁铁矿在吸附-转化污染物方面具有一些独特的结构优势.本研究从表面羟基位密度的角度,考察类质同像置换对磁铁矿表面反应性的制约机制。表面位是指矿物表面上能够吸附或解吸一个质子的任一原子,或是在某一方面具有活性的微观表面原子基团,可用表面位密度(矿物单位表面积上表面位的个数)表示。本研究主要采用酸碱滴定法测定磁铁矿的表面羟基位密度。研究表明,天山、汉南、大庙等天然纯相磁铁矿具有较小比表面积(小于3m2·g-1)和相近的电荷零点(约7.0),它们催化分解H2O2,生成羟基自由基-OH的动力学过程符合零级方程,速率常数与天然磁铁矿的表面羟基位密度呈正相关。磁铁矿的表面羟基活性位能吸附H2O2,促进其分解生成-OH,并抑制-OH的淬灭效应。合成掺杂磁铁矿对Pb(Ⅱ)的吸附等温线符合Langmuir吸附模型,吸附体系离子强度对吸附量的影响不明显。类质同像置换明显增加了磁铁矿的表面羟基位密度,并与Pb(Ⅱ)在磁铁矿的单位面积饱和吸附量呈正相关。吸附量计算以及吸附产物的x射线吸收精细结构谱表征结果显示,磁铁矿对Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)等重金属的吸附机理以双齿络合吸附为主。
磁铁矿 表面反应性 类质同像置换 表面羟基位密度 双齿络合吸附
梁晓亮 谭服鼎 刘鹏 钟远红 何宏平
中国科学院矿物学与成矿学重点实验室/广州地球化学研究所,广州510640;广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室/广州地球化学研究所,广州510640 中国科学院矿物学与成矿学重点实验室/广州地球化学研究所,广州510640;广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室/广州地球化学研究所,广州510640;中国科学院大学,北京100049
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2015-12-11(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)