【摘要】：土壤氧化鐵礦物通常以針鐵礦(α-FeOOH)、赤鐵礦(α-Fe_2O_3)、水鐵礦、纖鐵礦(γ-FeOOH)、四方纖鐵礦(β-FeOOH)和六方纖鐵礦(σ-FeOOH)等形式存在。目前已有了一些關(guān)于重金屬同晶替代針鐵礦物和赤鐵礦的研究,但關(guān)于不同構(gòu)型纖鐵礦與重金屬相互作用的研究甚少。本文研究了Cd、Co和Zn同晶替代纖鐵礦、六方纖鐵礦和四方纖鐵礦的晶體學(xué)特征以及對不同離子的富集特點。得出的主要結(jié)論如下:1.Cd可以同晶替代的形式(1.59 mol%)進入六方纖鐵礦中,卻未能進入其他兩種纖鐵礦。初始Co/Fe摩爾比一致的情況下,Co在三種礦物中的同晶替代情況表現(xiàn)出顯著差異,在纖鐵礦中的最大單替代量(2.03 mol%)遠低于六方纖鐵礦中的最大單替代量(14.55 mol%)。有~8%的Zn離子進入到纖鐵礦和六方纖鐵礦中:其中在纖鐵礦中有~60%附著在其表面,另外的~40%是以同晶替代的方式進入到纖鐵礦的結(jié)構(gòu)中。隨著Zn含量的增加,其晶體顆粒顯著變小;而在六方纖鐵礦中這兩種形態(tài)的比例分別為~90%和~10%,其晶體顆粒也表現(xiàn)出隨Zn含量的增加而減小的趨勢。而三種重金屬離子幾乎都難以進入到四方纖鐵礦中。同種金屬在不同纖鐵礦中的同晶替代存在明顯差異,其中六方纖鐵礦可容納的金屬離子最多,其次是纖鐵礦,而金屬離子幾乎不能進入四方纖鐵礦,這與三種礦物的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系。三種礦物按照六方纖鐵礦、纖鐵礦和四方纖鐵礦的順序,其結(jié)構(gòu)中FeO_6八面體共邊配位的比例依次減少,而共角頂配位的比例依次增多,空間自由度依次變小,可伸縮變換的Fe-O鍵數(shù)量依次減少。因此對于層狀結(jié)構(gòu)等空間自由度更大的礦物,更容易發(fā)生同晶替代。2.Co同晶替代纖鐵礦時,晶胞參數(shù)c呈減小趨勢,由于在摻雜量為1.09mol%時Co(Ⅱ)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃o(Ⅲ),半徑變小而形成體積更小的鈷氧八面體,因此晶胞參數(shù)a、b呈先增大后減小。Zn替代纖鐵礦抑制了纖鐵礦a軸、b軸方向的生長,使其產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷。形貌上Cd、Co和Zn的加入均使得纖鐵礦晶體增大。3.在六方纖鐵礦中,Cd替代使晶胞參數(shù)a和c增大且對c的影響更大。因為Cd的半徑(Cd~(2+)(0.95?))遠大于Fe的半徑(Fe~(3+)(0.645?)),因此Cd的替代使原本的鐵氧八面體變成體積更大的Cd氧八面體,從SEM結(jié)果也可看出六方纖鐵礦的顆粒明顯增大,由圓片狀變?yōu)椴灰?guī)則的片狀。Co的摻雜使晶胞參數(shù)a和c整體呈減小趨勢,晶體顆粒先減小后增大,且在摻雜量達到12.19 mol%時由層狀堆疊轉(zhuǎn)變?yōu)榻诲e堆疊。Zn對六方纖鐵礦的影響與其他兩種金屬離子不同,Zn的加入使顆粒尺寸變小但仍為層狀堆疊。
【圖文】：

圖 1.1 纖鐵礦結(jié)構(gòu)示意圖Fig1.1 The structure of lepidocrocite礦比針鐵礦和赤鐵礦少見，由于其形成于 Fe(Ⅱ)性交替氧化還原較為活躍的地方(Antonio et al. 200在著纖鐵礦、四方纖鐵礦、針鐵礦等，它們處于et al. 1995)，隨著生物的作用和周圍環(huán)境的影響的無氧光合作用中，以 Fe(Ⅱ)作為電子供體生成轉(zhuǎn)化為纖鐵礦和針鐵礦等(Danielle et al. 2005)。在鐵礦和針鐵礦(Antonio et al. 2007)，Chatellier 等人菌存在的條件下，細菌細胞壁表面及其周圍形成 2001)。且相較于非生物系統(tǒng)，細菌的存在影響了1)。由于生物礦化作用，在海洋生物體內(nèi)也含有后依次由核心區(qū)域、纖鐵礦層、磁鐵礦層和水鐵礦

華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2019 屆碩士學(xué)位論文立體結(jié)構(gòu)(Chukhrov et al. 1976)。六方纖鐵礦中 Fe 呈局部有序排列，使其沿著 c 軸有規(guī)律的交替堆疊(Patrat et al 1983)，因此該結(jié)構(gòu)也可理解為是由層狀的共邊鐵氧八面體組成，，如圖 1.2 所示(Schwertmann et al. 1972)。但一些研究發(fā)現(xiàn)，在六方纖鐵礦中少量的陽離子位點為四面體(Patrat et al 1983)，并且在六方纖鐵礦內(nèi)部存在八面體的共面、疊加錯位以及部分八面體中心的 Fe 的偏移(Drits et al. 1993a)。自然環(huán)境中的六方纖鐵礦和實驗合成的六方纖鐵礦在陽離子排序上略有不同，自然條件下的六方纖鐵礦一個晶胞單元包含 2 個 FeOOH，而實驗條件下得到的僅包含一個 FeOOH，但其陰離子均呈無序排列(Schwertmann U et al. 1972)。
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O77;TD912

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