Fe(Ⅱ)催化氧化鐵礦物晶相轉(zhuǎn)變及其重金屬固定效應(yīng).pdf

1、鐵循環(huán)是土壤中物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化的重要的驅(qū)動(dòng)力，土壤中非生物Fe(II)或是微生物異化鐵還原產(chǎn)生的Fe(II)吸附于土壤界面，具有更低的氧化還原電位和更高的化學(xué)還原能力，可促使無定型氧化鐵通過重結(jié)晶轉(zhuǎn)化為結(jié)晶度更高的氧化鐵礦物。氧化鐵的這一重結(jié)晶過程，可使土壤中游離態(tài)的重金屬在結(jié)晶后的二次氧化鐵礦物中固定，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。本研究采用厭氧培養(yǎng)批處理，以水鐵礦為目標(biāo)氧化鐵，探討鐵循環(huán)過程游離態(tài)Fe(II)與氧化鐵共存時(shí)，F(xiàn)e(II)催化作用下氧化

2、鐵晶相重組過程，并以土壤環(huán)境中氧化鐵的Al結(jié)構(gòu)取代這一普遍的環(huán)境礦物學(xué)現(xiàn)象為基礎(chǔ)，研究 Fe(II)催化 Al取代氧化鐵晶相重組過程。獲得的研究結(jié)果可完善鐵循環(huán)理論體系，并有望為深入揭示自然環(huán)境中污染物還原轉(zhuǎn)化過程提供理論依據(jù)，為基于氧化鐵作用過程的土壤重金屬污染原位控制技術(shù)開發(fā)提供依據(jù)。主要結(jié)果包括：
　　(1)57Fe同位素示蹤方法研究厭氧體系中游離態(tài)Fe(II)與赤鐵礦中結(jié)構(gòu)態(tài)Fe(III)之間的反應(yīng)機(jī)制。結(jié)果表明，游離態(tài)F

3、e(II)與赤鐵礦中的結(jié)構(gòu)態(tài)Fe(III)能發(fā)生明顯的 Fe原子交換，即游離態(tài) Fe(II)進(jìn)入到赤鐵礦結(jié)構(gòu)形成結(jié)構(gòu)態(tài) Fe(III)，而赤鐵礦中原來的部分結(jié)構(gòu)態(tài)Fe(III)被還原釋放，進(jìn)入到溶液體系形成游離態(tài)Fe(II)。這一反應(yīng)體系中Fe原子交換率受pH值和游離態(tài)Fe(II)初始濃度的影響，與酸性環(huán)境相比，pH7.5的中性環(huán)境更有利于Fe原子交換的發(fā)生；在相同pH值條件下，F(xiàn)e原子交換率隨游離態(tài)Fe(II)初始濃度的升高而降低。更

4、為重要的是，通過X射線衍射和穆斯堡爾譜等結(jié)構(gòu)表征研究手段，在游離態(tài)Fe(II)作用下赤鐵礦晶相重組過程中觀察到新的赤鐵礦和針鐵礦的形成，說明部分游離態(tài)Fe(II)進(jìn)入到氧化鐵結(jié)構(gòu)后，大部分通過晶體同質(zhì)外延生長機(jī)制形成了新的赤鐵礦晶體，部分則通過異質(zhì)外延生長機(jī)制形成了針鐵礦。使赤鐵礦這一性質(zhì)穩(wěn)定的氧化鐵發(fā)生了晶相轉(zhuǎn)變。
　　(2)不同稀土重金屬離子對(duì)Fe(II)催化水鐵礦晶相轉(zhuǎn)變的影響。選擇六種稀土金屬離子研究對(duì)Fe(II)催化水鐵

5、礦晶相轉(zhuǎn)變過程的影響。結(jié)果表明，不同重金屬離子條件下，水鐵礦的轉(zhuǎn)化路徑與速率不同，重金屬離子與水鐵礦的絡(luò)合常數(shù)logK是影響水鐵礦轉(zhuǎn)化差異的主要原因，通過影響重金屬離子和Fe(II)物種在水鐵礦表面的分配轉(zhuǎn)化，以及活性Fe(II)物種的氧化還原電位而影響了水鐵礦晶相轉(zhuǎn)變。
　　(3) Fe(II)催化不同比例Al代水鐵礦晶相轉(zhuǎn)變及共存Cd(II)或Cr(III)的影響。研究了在兩種重金屬離子條件下，研究了Fe(II)對(duì)不同比例 A