【摘要】：針鐵礦是自然環(huán)境土壤中最常見(jiàn)和最主要的鐵氧化物之一,它具有高比表面積和表面反應(yīng)位點(diǎn)密度,對(duì)許多營(yíng)養(yǎng)元素和無(wú)機(jī)有機(jī)污染物吸附固定,影響著它們?cè)诃h(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化及生物有效性。南方重金屬污染土壤中的針鐵礦在其形成過(guò)程中,除發(fā)生鋁同晶替代外,還伴隨有其它污染元素如鎘等的同晶替代。實(shí)驗(yàn)室條件下關(guān)于鋁、鎘同晶替代針鐵礦的研究已有報(bào)道,但這些報(bào)道多聚焦于鋁、鎘對(duì)針鐵礦的單一替代。實(shí)驗(yàn)主要是在室溫條件下,采取均勻沉淀法,在高PH下,合成不同系列鋁鎘雙摻針鐵礦樣品,研究鋁鎘共存的情況下,兩者含量變化對(duì)針鐵礦同晶替代的相互競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系及其對(duì)Cd配位的影響。得出的主要相關(guān)結(jié)論如下:1.當(dāng)加入的鋁鎘總量一定時(shí)(Al+Cd=x mol%),隨著鎘初始量的增加,鋁替代量逐漸減少,鎘實(shí)際替代量均與?Al(鋁、鎘同晶替代針鐵礦樣品的鋁初始加入量實(shí)際鋁含量之間的差值)呈顯著負(fù)相關(guān);當(dāng)初始鋁含量一定時(shí)(Al=4,10mol%),隨著鎘替代量的增加,鋁替代量越來(lái)越低(?Al逐漸增大),鎘實(shí)際含量不受鋁含量影響;當(dāng)初始鋁鎘含量相當(dāng)時(shí)(Al:Cd=1:1),鎘替代量與?Al呈顯著正相關(guān)。2.當(dāng)鋁鎘共存時(shí),所有系列(Al+Cd=x mol%;Al=x mol%;Al:Cd=1:1)的結(jié)構(gòu)精修結(jié)果顯示,晶胞參數(shù)b、c以及晶胞體積V均和鎘替代量呈現(xiàn)顯著的正線性相關(guān),晶胞參數(shù)a整體上呈增大趨勢(shì)。3.電鏡結(jié)果顯示,當(dāng)鋁鎘總量一定時(shí),隨著鎘含量的增加,鋁含量的減小,顆粒的長(zhǎng)度明顯變短,寬度無(wú)明顯變化,針鐵礦晶體生長(zhǎng)受到了抑制作用,并且鎘含量的增加對(duì)針鐵礦晶體生長(zhǎng)的抑制作用大于鋁含量減少對(duì)晶體生長(zhǎng)的促進(jìn)作用;當(dāng)鋁鎘含量相當(dāng)時(shí),隨著鋁、鎘含量的增加,針鐵礦顆粒有細(xì)長(zhǎng)針狀變?yōu)槎檀值陌魻?4.鋁鎘總量一定且含量較低時(shí)(5 mol%,10 mol%),隨著鎘含量的逐漸增加,鋁含量的減少,水分子彎曲振動(dòng)的頻率降低,νO-H伸縮振動(dòng)頻率逐漸增加,δO-H和γO-H位置無(wú)明顯變化,Fe-O的紅外譜帶逐漸向低波數(shù)位移;當(dāng)鋁含量一定時(shí)(Al=4,10mol%),隨著鎘含量的逐漸增加,3417 cm-1和3117 cm-1處紅外吸收峰頻率呈增大趨勢(shì),且鋁含量越高,增長(zhǎng)幅度越大,H2O彎曲頻率顯著減小,Fe-O鍵伸縮振動(dòng)頻率隨鎘增加而減少;當(dāng)鋁鎘含量比為1:1時(shí),隨著鋁鎘含量逐漸增加,H-O-H伸縮峰向高波數(shù)偏移,水分子彎曲振動(dòng)頻率基本上不變,當(dāng)鋁鎘含量均增加至10%時(shí),頻率顯著減小30cm-1,面內(nèi)羥基彎曲振動(dòng)頻率呈增大趨勢(shì),δO-H與γO-H頻率差變小,617cm-1處的Fe-O鍵吸收譜帶一直減小,Fe-O鍵鍵長(zhǎng)變長(zhǎng)。5.當(dāng)鋁含量一定時(shí),隨著加入的鎘含量由0增加至8 mol%時(shí),Fe-O距離逐漸減小,而E(共邊Fe-Me1原子間距)和E’(共邊Fe-Me2原子間距)呈顯著減小的趨勢(shì),DC(共角頂Fe-Me3原子間距)增長(zhǎng)幅度較小,E/E’比值也逐漸增加;當(dāng)加入的鎘含量增加至10 mol%時(shí)(Al10Cd10),Fe-O鍵長(zhǎng)卻突然增大,但與純相針鐵礦比較,Fe-O鍵長(zhǎng)明顯偏小,E,E’和DC均顯著增加。比較Al2Cd8和Al10Cd8樣品發(fā)現(xiàn),鎘含量一定時(shí),鋁含量增加會(huì)使E、E’、DC均減小,分別為2.984-2.978?,3.159-3.135?,3.397-3.389?,E/E’由0.945增加至0.950?。Cd K邊EXAFS分析表明,當(dāng)鎘含量較高時(shí),鎘的配位環(huán)境與鎘含量較低時(shí)鎘的配位環(huán)境相比,發(fā)生了明顯的改變,有部分鎘進(jìn)入到了2×1的隧道結(jié)構(gòu)中,具體位于隧道橫向?qū)ΨQ軸上,且不在幾何中心位點(diǎn)處。
【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】：2017
【分類號(hào)】：X53
【圖文】：

結(jié)構(gòu)示意圖（顯示三個(gè) Fe-Fe 距離，兩個(gè)共邊（E1和 E2anceau and Drits, 1993)，以及晶胞參數(shù) a，b，c (Szytul1.1 The structure of goethite showing the three Fe-Fe distang (E1and E2) and one corner-sharing (CS) (Manceau and the unit cell with its dimensions a, b, and c (Szytula et al., 的主要組成部分，針鐵礦具有高比表面積和表面反應(yīng)位養(yǎng)元素和無(wú)機(jī)有機(jī)污染物的高效吸附基質(zhì)（Cornell and態(tài)系統(tǒng)中微量元素的地球化學(xué)循環(huán)、質(zhì)量平衡，土壤中金制、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效性都有著重要的影響 （Stuck and Taylor, 1989; Ford et al., 1997; Alvarez et al., 2007）。針鐵礦與金屬元素相互作用的研究進(jìn)展α-FeOOH）廣泛分布于亞熱帶、溫帶的各類土壤中，是

更清楚地比較鋁鎘同時(shí)存在的情況下，鋁鎘之間含量的變化，設(shè) 1：1 時(shí)，一系列針鐵礦合成實(shí)驗(yàn)，元素分析結(jié)果見(jiàn)表 3.4。表3.4鋁、鎘替代針鐵礦的元素組成分析Table 3.4 Element analysis of (Al, Cd)-substituted goethite號(hào) Al mol% Cd mol% Al+Cd mol% Al mol% Cd2.5 2.08 2.51 4.59 0.42 d5 2.88 5.26 8.14 2.12 d7.5 2.90 8.06 10.96 4.60 d10 3.58 11.02 14.60 6.42 l mol%=鋁初始量-實(shí)際量； Cd mol%=鎘初始量-鎘實(shí)際量 3.4 中可以看出，雖然鋁、鎘的初始加入量一樣，但是鋁替代量卻，鎘的實(shí)際替代量基本上與初始設(shè)定值一致，這表明鋁對(duì)鎘替代沒(méi)用，另外，鋁的實(shí)際替代量雖然也在逐漸增加，但是 Al 卻逐漸增

圖 3.10 鋁鎘同晶替代針鐵礦中晶胞參數(shù)（a）a、（b）b、（c）c 與鎘替代量的關(guān)系Fig 3.10 Relations of（a）a-,（b）b-,（c）c- unit cell parameters with simultaneousubstitution of Al and Cd in the goethite and Cd substitution從圖中可以看出，當(dāng)鋁的初始加入量一定時(shí)，鎘的含量從2 mol%逐漸增加至10 mol%時(shí)，晶胞參數(shù) a、b、c 均與鎘替代量呈現(xiàn)較好的正相關(guān)（R2=0.944，n=6，k=0.0027p<0.01；R2=0.9913，n=6，k=0.0143，p<0.01；R2=0.9433，n=6，k=0.0029，p<0.01）而且，鎘的替代對(duì)晶胞參數(shù) b 的影響最大。另外,晶胞體積會(huì)隨著鎘替代量由最初的138.79 3逐漸增長(zhǎng)至 143.30 3，且與其呈良好的線性增長(zhǎng)關(guān)系（R2=0.9847，n=6，k=0.4149，p<0.01）。鋁鎘共替代樣品的晶胞參數(shù)均大于純相針鐵礦的，這表明鎘對(duì)晶胞參數(shù)的影響占主導(dǎo)作用。3.3.3 Al: Cd=1:1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2807135