【摘要】：針鐵礦是自然環(huán)境土壤中最常見和最主要的鐵氧化物之一,它具有高比表面積和表面反應位點密度,對許多營養(yǎng)元素和無機有機污染物吸附固定,影響著它們在環(huán)境中的遷移轉化及生物有效性。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。實驗室條件下關于鋁、鎘同晶替代針鐵礦的研究已有報道,但這些報道多聚焦于鋁、鎘對針鐵礦的單一替代。實驗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,兩者含量變化對針鐵礦同晶替代的相互競爭關系及其對Cd配位的影響。得出的主要相關結論如下:1.當加入的鋁鎘總量一定時(Al+Cd=x mol%),隨著鎘初始量的增加,鋁替代量逐漸減少,鎘實際替代量均與?Al(鋁、鎘同晶替代針鐵礦樣品的鋁初始加入量實際鋁含量之間的差值)呈顯著負相關;當初始鋁含量一定時(Al=4,10mol%),隨著鎘替代量的增加,鋁替代量越來越低(?Al逐漸增大),鎘實際含量不受鋁含量影響;當初始鋁鎘含量相當時(Al:Cd=1:1),鎘替代量與?Al呈顯著正相關。2.當鋁鎘共存時,所有系列(Al+Cd=x mol%;Al=x mol%;Al:Cd=1:1)的結構精修結果顯示,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,晶胞參數(shù)a整體上呈增大趨勢。3.電鏡結果顯示,當鋁鎘總量一定時,隨著鎘含量的增加,鋁含量的減小,顆粒的長度明顯變短,寬度無明顯變化,針鐵礦晶體生長受到了抑制作用,并且鎘含量的增加對針鐵礦晶體生長的抑制作用大于鋁含量減少對晶體生長的促進作用;當鋁鎘含量相當時,隨著鋁、鎘含量的增加,針鐵礦顆粒有細長針狀變?yōu)槎檀值陌魻?4.鋁鎘總量一定且含量較低時(5 mol%,10 mol%),隨著鎘含量的逐漸增加,鋁含量的減少,水分子彎曲振動的頻率降低,νO-H伸縮振動頻率逐漸增加,δO-H和γO-H位置無明顯變化,Fe-O的紅外譜帶逐漸向低波數(shù)位移;當鋁含量一定時(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,且鋁含量越高,增長幅度越大,H2O彎曲頻率顯著減小,Fe-O鍵伸縮振動頻率隨鎘增加而減少;當鋁鎘含量比為1:1時,隨著鋁鎘含量逐漸增加,H-O-H伸縮峰向高波數(shù)偏移,水分子彎曲振動頻率基本上不變,當鋁鎘含量均增加至10%時,頻率顯著減小30cm-1,面內(nèi)羥基彎曲振動頻率呈增大趨勢,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鍵鍵長變長。5.當鋁含量一定時,隨著加入的鎘含量由0增加至8 mol%時,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,DC(共角頂Fe-Me3原子間距)增長幅度較小,E/E’比值也逐漸增加;當加入的鎘含量增加至10 mol%時(Al10Cd10),Fe-O鍵長卻突然增大,但與純相針鐵礦比較,Fe-O鍵長明顯偏小,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,鋁含量增加會使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,當鎘含量較高時,鎘的配位環(huán)境與鎘含量較低時鎘的配位環(huán)境相比,發(fā)生了明顯的改變,有部分鎘進入到了2×1的隧道結構中,具體位于隧道橫向?qū)ΨQ軸上,且不在幾何中心位點處。
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X53
【圖文】：

結構示意圖（顯示三個 Fe-Fe 距離，兩個共邊（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位養(yǎng)元素和無機有機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循環(huán)、質(zhì)量平衡，土壤中金制、營養(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存在的情況下，鋁鎘之間含量的變化，設 1：1 時，一系列針鐵礦合成實驗，元素分析結果見表 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 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-實際量； Cd mol%=鎘初始量-鎘實際量 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，鎘的實際替代量基本上與初始設定值一致，這表明鋁對鎘替代沒用，另外，鋁的實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，當鋁的初始加入量一定時，鎘的含量從2 mol%逐漸增加至10 mol%時，晶胞參數(shù) a、b、c 均與鎘替代量呈現(xiàn)較好的正相關（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，鎘的替代對晶胞參數(shù) b 的影響最大。另外,晶胞體積會隨著鎘替代量由最初的138.79 3逐漸增長至 143.30 3，且與其呈良好的線性增長關系（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，這表明鎘對晶胞參數(shù)的影響占主導作用。3.3.3 Al: Cd=1:1

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2807135