氧化錳礦物是自然界中普遍存在、活性很強(qiáng)的氧化物,由于顆粒細(xì)小,結(jié)構(gòu)缺陷多,負(fù)電荷高等特性,通過(guò)吸附、同晶替代和氧化還原等作用影響著環(huán)境中的一些元素(特別是重金屬)和有機(jī)物質(zhì)的固定、遷移和轉(zhuǎn)化。天然氧化錳礦物中常富含各種過(guò)渡金屬離子如Co、Ni、Fe和V等,其進(jìn)入氧化錳礦物中的機(jī)制決定這些元素在環(huán)境中的地球化學(xué)特性；過(guò)渡金屬進(jìn)入氧化錳礦物中引起礦物結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)(如形貌、表面基團(tuán)、吸附、氧化催化及電化學(xué)特性等)改變,并增強(qiáng)或減弱礦物對(duì)其它物質(zhì)形態(tài)與轉(zhuǎn)化的影響及其環(huán)境效應(yīng),這種相互作用是環(huán)境中普遍發(fā)生的過(guò)程。目前關(guān)于水鈉錳礦對(duì)過(guò)渡金屬的吸附特性和機(jī)制已有較多的報(bào)道,但不同過(guò)渡金屬進(jìn)入礦物中的同晶替代特點(diǎn),以及對(duì)礦物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)改變規(guī)律如何并不清楚。為此,本文以六方水鈉錳礦為研究對(duì)象,通過(guò)與過(guò)渡金屬離子(Co、Ni、Fe、V)共同結(jié)晶生成以及交換(Co),合成了含過(guò)渡金屬的六方水鈉錳礦。通過(guò)粉末X射線衍射(XRD)、比表面積(SSA)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、高分辨透射電鏡(HRTEM)、熱重(TG)、傅里葉變換紅外吸收光譜(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)、X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)...

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【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 前言
    1.1 水鈉錳礦
    1.2 六方水鈉錳礦的結(jié)構(gòu)與晶粒大小
        1.2.1 錳氧八面體空位
        1.2.2 Mn(Ⅵ)/Mn(Ⅲ)/Mn(Ⅱ)含量與錳平均氧化度
        1.2.3 六方水鈉錳礦晶粒大小
    1.3 六方水鈉錳礦結(jié)構(gòu)研究的幾種現(xiàn)代方法
        1.3.1 粉末XRD結(jié)構(gòu)模擬技術(shù)(trial-and-error)
        1.3.2 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜(XAFS)
        1.3.3 原子配對(duì)分布函數(shù)(PDF)
    1.4 六方水鈉錳礦對(duì)重金屬的吸附
    1.5 六方水鈉錳礦對(duì)As(Ⅲ)的氧化
    1.6 過(guò)渡金屬與氧化錳礦物
        1.6.1 過(guò)渡金屬在氧化錳礦物結(jié)構(gòu)中的存在形式
        1.6.2 過(guò)渡金屬離子對(duì)氧化錳礦物亞結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的影響
    1.7 研究意義和目的
第二章 實(shí)驗(yàn)研究方法
    2.1 去離子水及試劑
    2.2 含過(guò)渡金屬六方水鈉錳礦制備
    2.3 粉末X射線衍射(XRD)分析
    2.4 元素組成與錳平均氧化度(Mn AOS)
    2.5 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)
    2.6 高分辨透射電鏡(HRTEM)
    2.7 比表面積(SSA)
    2.8 傅里葉變換紅外吸收光譜(FTIR)
    2.9 熱重分析(TG)
    2.10 X射線光電子能譜(XPS)
    2.11 X射線吸收光譜(XAS)
    2.12 高能X射線總散射
    2.13 粉末XRD結(jié)構(gòu)模擬
    2.14 等溫吸附實(shí)驗(yàn)
    2.15 As(Ⅲ)氧化實(shí)驗(yàn)
    2.16 礦物溶解實(shí)驗(yàn)
第三章 含鈷六方水鈉錳礦的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
    3.1 鈷摻雜六方水鈉錳礦
        3.1.1 引言
        3.1.2 材料與方法
            3.1.2.1 鈷摻雜六方水鈉錳礦制備
            3.1.2.2 pb²⁺吸附實(shí)驗(yàn)
        3.1.3 結(jié)果與討論
            3.1.3.1 XRD分析
            3.1.3.2 元素組成
            3.1.3.3 錳平均氧化度(Mn AOS)
            3.1.3.4 比表面積
            3.1.3.5 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)
            3.1.3.6 光電子能譜分析(XPS)
            3.1.3.7 鉛吸附
            3.1.3.8 鈷摻雜對(duì)水鈉錳礦氧化As(Ⅲ)的影響
        3.1.4 結(jié)論
    3.2 鈷交換六方水鈉錳礦
        3.2.1 引言
        3.2.2 材料與方法
            3.2.2.1 鈷交換六方水鈉錳礦的制備
            3.2.2.2 掃描電鏡(SEM)
            3.2.2.3 等溫吸附實(shí)驗(yàn)
        3.2.3 結(jié)果與討論
            3.2.3.1 粉晶X射線衍射
            3.2.3.2 元素組成與錳平均氧化度
            3.2.3.3 傅里葉變換紅外吸收光譜
            3.2.3.4 掃描電子顯微鏡
            3.2.3.5 比表面積
            3.2.3.6 光電子能譜
            3.2.3.7 鈷交換水鈉錳礦對(duì)pb²⁺的吸附
            3.2.3.8 Co²⁺交換對(duì)水鈉錳礦氧化As(Ⅲ)的影響
        3.2.4 結(jié)論
第四章 含鎳六方水鈉錳礦的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
    4.1 引言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 鎳摻雜六方水鈉錳礦制備
        4.2.2 鎳標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)
        4.2.3 X射線吸收光譜(XAFS)
        4.2.4 等溫吸附實(shí)驗(yàn)
        4.2.5 As(Ⅲ)氧化實(shí)驗(yàn)
    4.3 結(jié)果與分析
        4.3.1 含Ni水鈉錳礦的表征
            4.3.1.1 粉晶X射線衍射
            4.3.1.2 元素組成和錳平均氧化度
            4.3.1.3 微觀形貌和比表面積
            4.3.1.4 比表面積
            4.3.1.5 熱重分析
            4.3.1.6 光電子能譜分析
        4.3.2 含Ni水鈉錳礦Mn K邊和Ni K邊XAFS譜
            4.3.2.1 Mn K邊XANES譜
            4.3.2.2 Ni K邊XANES譜和EXAFS譜
        4.3.3 含Ni水鈉錳礦對(duì)Pb²⁺/Zn²⁺的吸附
        4.3.4 Ni對(duì)水鈉錳礦氧化As(Ⅲ)行為的影響
    4.4 討論
        4.4.1 含Ni水鈉錳礦層堆疊有序度的變化
        4.4.2 Mn AOS
        4.4.3 含Ni水鈉錳礦結(jié)構(gòu)中Ni的晶體化學(xué)
        4.4.4 Pb²⁺/Zn²⁺吸附和結(jié)合位點(diǎn)
        4.4.5 砷氧化
    4.5 結(jié)論
第五章 含鐵六方水鈉錳礦的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)—與鈷、鎳的對(duì)比
    5.1 引言
    5.2 材料與方法
        5.2.1 鐵摻雜六方水鈉錳礦制備
        5.2.2 鐵標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)制備
        5.2.3 X射線吸收光譜(XAS)
    5.3 結(jié)果與分析
        5.3.1 粉晶X射線衍射
        5.3.2 元素組成和比表面積
        5.3.3 微觀形貌
        5.3.4 Mn(2p_3/2)
        5.3.5 X射線吸收光譜(XAS)
            5.3.5.1 Mn K邊XAS
            5.3.5.2 Fe K邊XAS
        5.3.6 討論
            5.3.6.1 Mn、Fe、Co和Ni在水鈉錳礦錳氧八面體層內(nèi)存在的自旋狀態(tài)
            5.3.6.2 元素組成
            5.3.6.3 晶胞參數(shù)b
            5.3.6.4 沿c軸方向堆疊尺寸和比表面積
            5.3.6.5 Mn AOS
            5.3.6.6 過(guò)渡金屬離子在水鈉錳礦結(jié)構(gòu)中的空間分布
        5.3.7 結(jié)論
第六章 含釩六方水鈉錳礦的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)
    6.1 引言
    6.2 材料與方法
        6.2.1 釩摻雜六方水鈉錳礦制備
        6.2.2 V標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)
        6.2.3 X射線吸收光譜(XAS)
        6.2.4 等溫吸附實(shí)驗(yàn)
    6.3 結(jié)果與分析
        6.3.1 粉晶X射線衍射
        6.3.2 元素組成和形貌特點(diǎn)
        6.3.3 光電子能譜分析(XPS)
            6.3.3.1 V(2p)
            6.3.3.2 O(1s)
        6.3.4 X射線吸收結(jié)構(gòu)光譜
            6.3.4.1 Mn K邊XANES
            6.3.4.2 Mn K邊EXAFS
            6.3.4.3 VK邊XANES
            6.3.4.4 VK邊EXAFS
        6.3.5 原子配對(duì)分布函數(shù)(PDF)
            6.3.5.1 定性描述
            6.3.5.2 PDF擬合
            6.3.5.3 差分PDF(d-PDF)
        6.3.6 鉛吸附
    6.4 討論
        6.4.1 水鈉錳礦與水羥錳礦
        6.4.2 V在水鈉錳礦結(jié)構(gòu)中的賦存形式
        6.4.3 含V水鈉錳礦顆粒大小
        6.4.4 Pb²⁺吸附量及吸附親和力
    6.5 結(jié)論
第七章 不同氧化度六方水鈉錳礦結(jié)構(gòu)研究
    7.1 引言
    7.2 材料與方法
        7.2.1 不同氧化度六方水鈉錳礦的制備
        7.2.2 氧化錳標(biāo)樣的制備
        7.2.3 X射線吸收光譜(XAS)
    7.3 結(jié)果與分析
        7.3.1 樣品基本性質(zhì)
        7.3.2 粉晶XRD分析
            7.3.2.1 定性分析
            7.3.2.2 Trial-and-error分析
        7.3.3 X射線吸收光譜
            7.3.3.1 X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)光譜(XANES)
            7.3.3.2 擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜(EXAFS)
    7.4 討論
        7.4.1 不同氧化度六方水鈉錳礦亞結(jié)構(gòu)的變化
        7.4.2 水鈉錳礦顆粒大小估算
    7.5 結(jié)論
第八章 全文結(jié)論
    8.1 主要結(jié)論
    8.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    8.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間撰寫的論文
致謝



本文編號(hào)：3871506