成果名称 ---【 矿物表面反应性及其在重金属表生迁移中作用 】

基本信息
所属机构
中国科学院广州地球化学研究所
主题词
矿物表面;重金属离子;反应性
研究起止时间
1996.01 至1998.12
成果公报内容
本项目由国家自然科学基金项目资助,研究目的与意义:通过重金属离子与矿物表面反应性统实验研究,以及这反应性与矿物原子结构、表面化学元素组成和介质条件变化的关系,研究重金属离子表生行为与矿物学控制因素。研究院将对元素表生地球化学元素行为和环境地球化学研究都有重要的意义。主要研究结果:用MSL多层反应技术研究了高岭石、蒙脱石、针铁矿、三水铝矿、碳酸盐、水云母和石英等七种重要沉积矿物对铅、锌、铜、镉等六种重金属离子竞争吸附及其在淡-咸水界面作用下变化。项目还重点探讨了石英、方解石对这六种重金属离子等温吸附反应和结构谱学关系。取得主要成果有: (1)研究发现,依矿物单位面积对金属离子吸附能力的大小关系可分三组:第一组是石英、针铁矿和高岭土等1:1层硅酸矿物和其它氧化物矿物;第二组是三水铝矿、水镁石等层氢氧化物和蒙脱石等2:1层硅酸盐矿物;第三组是碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐等含氧盐矿物。每一组矿物与重金属离子之间吸附反应的显平衡常数是矿物介电常数e的线性函数。结果清楚表明矿物的表面反应性既受矿物结构影响,又受矿物界面性质(矿物介电常数e)左右。 (2)不同组的矿物有不同表面吸附反应模式:石英等氧化物矿物对重金属离子的吸附反应可用表面配合模式解释;方解石等盐类矿物对金属离子的吸附反应可用离子交换及表面沉淀模式来解释;而蒙脱石等2:1层硅酸盐矿物兼有两种表面反应机制。 (3) 在淡-咸水界面切换中,矿物表面吸附反应受矿物表在面Stern层电位的变化和Cl-离子与溶液中金属离子的配合反应所控制。这两种相反的作用既取决矿物本身表面质子化参数Dpk和DpH,又与NaCl浓度变化有关。 本项目创新点是:(1)从矿物表面化学角度系统实验了重金属离子竞争吸附;(2)发现了矿物结构类型与表面反应类型的关系。本项目将对环境治理有重要意义。 该项研究已在国内核心刊物发表论文9篇,其中《地球化学》4篇,《Chinese J Geochemistry》2篇,《岩石矿物杂志》1篇和《光谱学与光谱分析》1篇,并培养博士研究生一名,博士论文《石英和方解石表面反应性理论与实验研究》。


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