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铁氧化物非生物还原解离特征和机制的初步研究

铁氧化物非生物还原解离特征和机制的初步研究

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作者：张永韬西安建筑科技大学

学位级别：硕士

地球表面富含铁氧化物的还原解离过程会强烈影响自然环境中污染物和生源要素的生物地球化学循环,本实验以两种自然界中常见的铁氧化物针铁矿(α-FeO-OH)和纤铁矿(γ-FeO-OH)为研究对象,主要研究了光照和非光照,厌氧和有氧环境下,电子穿... 详细信息

地球表面富含铁氧化物的还原解离过程会强烈影响自然环境中污染物和生源要素的生物地球化学循环,本实验以两种自然界中常见的铁氧化物针铁矿(α-FeO-OH)和纤铁矿(γ-FeO-OH)为研究对象,主要研究了光照和非光照,厌氧和有氧环境下,电子穿梭体(2-磺酸钠蒽二酚,AQS)和有机酸(草酸钠)对铁氧化物(针铁矿和纤铁矿)还原解离协同作用的特征与机制。首先,实验研究了光照厌氧状态下铁氧化物解离实验。结果表明铁氧化物还原解离程度和速率受到铁氧化物、AQS、草酸盐以及离子强度的影响。当初始铁氧化物浓度从0纤铁矿25 mM升至1.0 mM时,针铁矿和纤铁矿体系中溶解态二价铁浓度分别从0.24 mM提高到0.31 mM以及从0.21 m M提高到0.42 mM,但是继续提高初始铁氧化物浓度则抑制了还原解离程度。此外,如果AQS或草酸盐单独存在,针铁矿就不会发生还原解离;而对于纤铁矿来说,即使没有草酸盐,只要AQS存在,还原解离过程就可以发生。总之,AQS和草酸盐协同作用会显著加速针铁矿和纤铁矿的还原解离过程。当AQS浓度在0.2 mM范围内,针铁矿初始还原速率与随AQS浓度增加而增加,而这一趋势在纤铁矿体系中更加显著。在草酸盐浓度变化的针铁矿体系中,不含草酸盐体系无法测出溶解态二价铁,但是当加入0.25 mM到0.40 mM的草酸盐,溶解态Fe(II)浓度从0.08 mM提升至0.68 m M。而在纤铁矿体系中,当草酸盐浓度为0 mM时,溶解态二价铁浓度为0.1 mM。当草酸盐浓度为1.5 mM时,体系的溶解态二价铁浓度达到最大值0.21 m M,但进一步增加草酸钠浓度,溶解态二价铁浓度不再增加。在离子强度实验中,NaClO4的浓度为0 mM到20 mM,溶解态二价铁浓度范围是0.2 mM到0.3 m M,在10 mM NaClO4时达到峰值。但是,在非光照实验中,以上还原解离过程都不能发生。作为对照,实验进一步研究了有氧条件下的铁氧化物的还原解离过程。在有氧环境中,即使在光照条件下针铁矿和纤铁矿都不能发生还原解离,实验发现虽然吸附态铁略高于溶解态二价铁,但是在整个反应过程中所测数值相比初始数值几乎没有变化。针铁矿体系中溶解态二价铁浓度,在光照条件下不超过0.09 mM,非光照条件不超过0.014 mM;纤铁矿体系中光照条件下不超过0.12 mM,非光照条件下不超过0.1 m M。为了研究吸附态铁的影响,在针铁矿厌氧光照体系中加入邻菲罗啉,结果表明,邻菲罗啉会抑制铁氧化物还原解离程度,降低速率。最终溶解态二价铁浓度在加入邻菲罗啉体系中低于0.3 m M,不加邻菲罗啉实验则超过0.4 mM。实验表明光照和厌氧环境中,电子穿梭体(AQS)和有机酸(草酸盐)存在下的铁氧化物还原解离主要包含两个步骤,首先是在针铁矿形成像纤铁矿一样的不稳定的表面晶体成结构Fe(III)-Fe(II),并缓慢释放Fe(II),之后在AQS存在条件下快速还原Fe(III)并释放出Fe(II),这说明体系中相比电子转移过程,Fe(II)从晶体结构表面的释放过程才是决定反应速度的关键步骤,配体和有机物在铁氧化物还原中的协同作用对环境中铁循环有着重要意义。

关键词：还原解离针铁矿纤铁矿 AQS 草酸钠

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针铁矿的非生物还原解离特征及Slogistic模型拟合

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中国矿物岩石地球化学学会第13届学术年会

作者：朱维晃臧辉黄廷林西安建筑科技大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室

＜正＞环境中（沉积物,土壤等）大量存在的铁氧化物能与污染物（重金属,有机污染物）通过吸附作用形成了强而有力的键结,因此,一旦铁锰氧化物通过生物或非生物作用被还原而发生解离,原本结合在其上的有机和重金属污染物就会释放到环境中... 详细信息

＜正＞环境中（沉积物,土壤等）大量存在的铁氧化物能与污染物（重金属,有机污染物）通过吸附作用形成了强而有力的键结,因此,一旦铁锰氧化物通过生物或非生物作用被还原而发生解离,原本结合在其上的有机和重金属污染物就会释放到环境中,从而造成潜在的环境污染危害。而大量的研究报道,在（缺）厌氧的环境中（沉积物,地下水及含水土层）,铁的水合物及氧化物在还原解离过程中生成的还原态活性Fe（Ⅱ）,在降解有机氯和硝

关键词：针铁矿非生物还原解离模型拟合

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