發(fā)布時(shí)間：2020-04-07 04:43

【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(duì)不同離子的富集特點(diǎn)。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(jìn)入六方纖鐵礦中,卻未能進(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(shì)。而三種重金屬離子幾乎都難以進(jìn)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(jìn)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(duì)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(shí),晶胞參數(shù)c呈減小趨勢(shì),由于在摻雜量為1.09mol%時(shí)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(zhǎng),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(duì)c的影響更大。因?yàn)镃d的半徑(Cd~(2+)(0.95?))遠(yuǎn)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(shì),晶體顆粒先減小后增大,且在摻雜量達(dá)到12.19 mol%時(shí)由層狀堆疊轉(zhuǎn)變?yōu)榻诲e(cuò)堆疊。Zn對(duì)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(jiàn)，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(wú)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(xì)菌細(xì)胞壁表面及其周圍形成 2001)。且相較于非生物系統(tǒng)，細(xì)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(yáng)離子位點(diǎn)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(cuò)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(shí)驗(yàn)合成的六方纖鐵礦在陽(yáng)離子排序上略有不同，自然條件下的六方纖鐵礦一個(gè)晶胞單元包含 2 個(gè) FeOOH，而實(shí)驗(yàn)條件下得到的僅包含一個(gè) FeOOH，但其陰離子均呈無(wú)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O77;TD912

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本文編號(hào)：2617462