鈷鎳雙摻雜對(duì)酸性水鈉錳礦結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，重金屬污染問題已日趨嚴(yán)峻，尤其是對(duì)土壤的污染，因其隱蔽性、長期性和不可逆性等特點(diǎn)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了極大的威脅。水鈉錳礦是一種土壤中普遍存在、活性最強(qiáng)的氧化錳礦物，在自然環(huán)境中，常通過吸附和同晶替代作用同時(shí)富集各種過渡金屬，如Co、Ni等。其中由同晶替代作用進(jìn)入礦物中的過渡金屬會(huì)對(duì)礦物的結(jié)構(gòu)、形貌、晶粒尺寸以及表面性質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響，進(jìn)而改變其對(duì)環(huán)境中有機(jī)和無機(jī)污染物的地球化學(xué)行為。酸性水鈉錳礦層內(nèi)主要是Mn4+，

2、Mn3+/2+主要存在于空位上下方。對(duì)酸性水鈉錳礦摻鈷的研究表明，鈷主要以Co3+的形式通過替代Mn4+而存在于錳氧八面體層內(nèi)，并導(dǎo)致礦物對(duì)重金屬離子吸附及氧化能力的增加，層堆疊數(shù)略有減少;在鎳摻雜酸性水鈉錳礦中，Ni主要以+2價(jià)形式存在，其中大部分存在于錳氧八面體層間空位上下方，只有小部分通過Ni替代Mn3+存在于八面體層內(nèi)，并導(dǎo)致礦物層堆疊數(shù)明顯減少、對(duì)重金屬離子吸附能力減弱。基于這兩種過渡金屬離子對(duì)水鈉錳礦產(chǎn)生的不同影響，同時(shí)摻入

3、這兩種過渡金屬會(huì)對(duì)水鈉錳礦的結(jié)構(gòu)、微觀形貌、物理化學(xué)性質(zhì)等產(chǎn)生怎樣的影響，相關(guān)性質(zhì)是加強(qiáng)還是減弱等尚不清楚，而且，共同摻雜更有利于理解自然環(huán)境中氧化錳礦物的存在狀態(tài)。
　　 本研究以合成過程中同時(shí)摻入不同比例鈷、鎳的水鈉錳礦為研究對(duì)象，應(yīng)用粉品XRD衍射、化學(xué)分析、比表面積分析(SSA)、場發(fā)射掃描電鏡(FE SEM)、紅外光譜分析(FTIR)、光電子能譜分析(XPS)等研究方法，探究過渡金屬離子摻雜對(duì)水鈉錳礦的物理化學(xué)性質(zhì)以及

4、其對(duì)重金屬離子吸附(Pb2+、Zn2+)和氧化As(Ⅲ)的影響。主要結(jié)果有:
　　 1.常壓回流條件下，一步反應(yīng)合成了不同鈷鎳與錳摩爾比的鉆鎳雙摻酸性水鈉錳礦。與未摻雜水鈉錳礦相比，鈷與鎳的同時(shí)引入并沒有改變水鈉錳礦的層狀晶體結(jié)構(gòu)，微觀形貌仍為花球狀集合體。但隨著鈷鎳總摻雜量以及鎳摻雜比例的增大，礦物的錳氧八面體層變薄。
　　 2.隨著鈷鎳總摻雜量以及鎳摻雜比例的增大，水鈉錳礦的結(jié)晶度逐漸減弱，Mn AOS先略微減小后有

5、所增大，比表面積呈增大趨勢，晶格氧含量減少，礦物表面羥基含量略微增大，羥基與水分子的總含量略有增大。未摻雜水鈉錳礦具有一定數(shù)量的錳氧八面體空位，而鈷鎳摻雜后，因空位上、下方部分被Ni2+占據(jù)而位點(diǎn)數(shù)顯著減少。
　　 3.水鈉錳礦與鈷鎳雙摻雜水鈉錳礦中，Mn大部分都以Mn4+存在，Co主要以Co(Ⅲ)存在，Ni以Ni(Ⅱ)存在。礦物的溶解實(shí)驗(yàn)表明，鎳大部分存在于錳氧八面體層間，而鈷主要存在于八面體層內(nèi)。
　　 4.鈷鎳雙摻

6、水鈉錳礦與未摻雜水鈉錳礦對(duì)金屬離子的最大吸附量順序均為:Pb2+＞Zn2+。鈷鎳的引入減弱了水鈉錳礦對(duì)重金屬離子的吸附能力，由于層間Ni(Ⅱ)的存在、而邊面吸附位點(diǎn)數(shù)變化小，總吸附位點(diǎn)數(shù)減少，水鈉錳礦對(duì)Pb2+的最大吸附量變化不大，約為2000 mmol·kg-1，稍有減小，但其對(duì)Zn2+的最大吸附量卻顯著減小，由1225 mmol·kg-1減小到約600 mmol·kg-1。此外，摻雜水鈉錳礦對(duì)As(Ⅲ)的氧化能力減弱，但初始氧化速率