氧化锰_粘土矿物复合物的表面特性及其对as_的氧化(51页).rar
氧化锰_粘土矿物复合物的表面特性及其对as_的氧化(51页),51页摘要砷是自然界中对人类健康影响较大的有毒元素，即使含量很低也会有较大的毒性。人类活动中的有色金属开采和冶炼工业、以及农业中砷产品的广泛使用，都使得砷及其砷化合物不断地进入土壤及环境中，给人类和动植物带来危害，因此如何有效地去除砷污染或减轻砷毒害倍受人们的关注。土壤氧化锰是动植物锰素的重要来源，是土壤中重要的吸附载...
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摘要
砷是自然界中对人类健康影响较大的有毒元素，即使含量很低也会有较大的毒
性。人类活动中的有色金属开采和冶炼工业、以及农业中砷产品的广泛使用，都使
得砷及其砷化合物不断地进入土壤及环境中，给人类和动植物带来危害，因此如何
有效地去除砷污染或减轻砷毒害倍受人们的关注。土壤氧化锰是动植物锰素的重要
来源，是土壤中重要的吸附载体，并积极参与氧化还原及化学反应催化等反应。在
土壤中它们常与粘土矿物等胶结在一起，研究它们的复合物对As(m)的氧化特性，
对了解砷在土壤中的化学行为和有效降低As的污染具有重要的理论和实践意义。
本文合成了非晶形水合氧化锰、晶形水钠锰矿和钙锰矿及它们分别与高岭石和
蒙脱石的复合物，应用X一射线衍射仪(XRD)、扫描电镜仪及探针(SEM旧DS)、比
表面积等分析方法，系统地研究了它们的结构特征、表面电荷性质以及对As(m)
的氧化特性和影响因素。取得的主要结果有:
1.土壤氧化锰及其与粘土矿物复合物的合成、表征与性质的研究。
(1)X一射线衍射(XRD)图谱分析表明，高岭石、蒙脱石及合成的水钠锰矿、
钙锰矿具有较好的特征衍射峰，没有其它杂峰，表明单体样品纯度较高;水合氧化
锰没有显示出任何特征衍射峰，符合非晶形氧化锰的特点;氧化锰一粘土矿物复合物
的特征衍射峰以氧化锰的峰型为主，但复合物的峰型较单体氧化锰的宽，强度也有
所减弱。随着粘土矿物加入量的增加，复合物中氧化锰的特征衍射峰强度逐渐减弱，
而粘土矿物的特征衍射峰逐渐增强。SEM胆DS图像分析数据表明，复合物中的氧化
锰均匀的包被在粘土矿物表面上，各元素含量分布均匀。
(2)水钠锰矿、钙锰矿、水合氧化锰的电荷零点(PZC)分别为3.16、3.28、
1.93，高岭石和蒙脱石的PzC分别为3.87、4.18;不同比例氧化锰一粘土矿物复合物
的PzC值为2.05一3.79，并随着粘土矿物加入量的增加而升高。
(3)供试样品的外表面积以非晶形水合氧化锰的最高(207.2m勺g)，其次为钙
锰矿(102.5mZ/g)、蒙脱石(40.9mZ/g)、水钠锰矿(33.7mZ/g)、高岭石(24.sm即g)。
氧化锰一粘土矿物复合物的外表面积变化趋势不尽相同，水合氧化锰一高岭石(蒙脱
石)复合物、钙锰矿一高岭石(蒙脱石)复合物的外表面积均随粘土矿物比例的增加
逐渐降低;水钠锰矿一高岭石复合物的外表面积变化不大;水钠锰矿一蒙脱石复合物
的外表面积随粘土矿物比例的增加而逐渐升高。
2.不同类型氧化锰及氧化锰一粘土矿物复合物对As(m)的氧化特性。
(1)单体氧化锰及粘土矿物的As(V)最大生成量大小顺序为(mmof瓜g):
水钠锰矿(763.5)>钙锰矿(645.9)>水合氧化锰(602.9)>蒙脱石(121.2)
>高岭石(77.7)。
氧化锰矿物一粘土矿物复合物的表面特性及其对As(m)的氧化
(2)复合物氧化生成As(V)的量随加入As(111)浓度的变化趋势基本与对
应单体氧化锰的相一致。水钠锰矿和钙锰矿复合物的氧化曲线在加入AS(111)浓度
大于8mmol/L时，As(V)的生成量接近平衡，趋于稳定;而水合氧化锰的复合
物在加入As(111)浓度大于12mmol/L时才趋于稳定。随着粘土矿物加入量的增加，
复合物间As(V)生成量的增幅差异不大。氧化锰一高岭石复合物体系对AS(111)
的氧化能力更强，相同类型氧化锰的复合物中高岭石所起的作用比蒙脱石的大。这
可能与高岭石在本实验条件下(pH5.5)吸附量较大有关。
(3)氧化锰一粘土矿物复合物中MnO:对As(111)氧化的贡献量，均有较大幅
度的增加，并随粘土矿物加入量的增加而增大，单体B(水钠锰矿)与复合物B一K01、
B一K02、B一K03(K为高岭石)相比，贡献量分别增加了163.4、425.6、1229.0mmol/kg。
因此，氧化锰与粘土矿物的复合物能促进As(V)的生成，增强体系对As(111)
的氧化。这可能是由于粘土矿物通过对As(V)的吸附减少了平衡溶液中氧化生成
的As(V)的浓度，从而推动氧化反应向正方向进行。
(4)复合物中Mno:对As(111)氧化的贡献量随离子强度增加而增加。复合
物B一K03、复合物T-K03的As(V)的生成量分别从支持电解质浓度为0mol/L时
的1662.9mmol瓜g和1329.1mmol水g，增加到支持电解质浓度为2.0mol/L时的
2083.1mmol/kg和1900.0mmol瓜g，增幅分别为420.2mmo呱g和570.9mmol瓜g。
关键词:氧化锰氧化还原As(I11)粘土矿物包被
摘要
砷是自然界中对人类健康影响较大的有毒元素，即使含量很低也会有较大的毒
性。人类活动中的有色金属开采和冶炼工业、以及农业中砷产品的广泛使用，都使
得砷及其砷化合物不断地进入土壤及环境中，给人类和动植物带来危害，因此如何
有效地去除砷污染或减轻砷毒害倍受人们的关注。土壤氧化锰是动植物锰素的重要
来源，是土壤中重要的吸附载体，并积极参与氧化还原及化学反应催化等反应。在
土壤中它们常与粘土矿物等胶结在一起，研究它们的复合物对As(m)的氧化特性，
对了解砷在土壤中的化学行为和有效降低As的污染具有重要的理论和实践意义。
本文合成了非晶形水合氧化锰、晶形水钠锰矿和钙锰矿及它们分别与高岭石和
蒙脱石的复合物，应用X一射线衍射仪(XRD)、扫描电镜仪及探针(SEM旧DS)、比
表面积等分析方法，系统地研究了它们的结构特征、表面电荷性质以及对As(m)
的氧化特性和影响因素。取得的主要结果有:
1.土壤氧化锰及其与粘土矿物复合物的合成、表征与性质的研究。
(1)X一射线衍射(XRD)图谱分析表明，高岭石、蒙脱石及合成的水钠锰矿、
钙锰矿具有较好的特征衍射峰，没有其它杂峰，表明单体样品纯度较高;水合氧化
锰没有显示出任何特征衍射峰，符合非晶形氧化锰的特点;氧化锰一粘土矿物复合物
的特征衍射峰以氧化锰的峰型为主，但复合物的峰型较单体氧化锰的宽，强度也有
所减弱。随着粘土矿物加入量的增加，复合物中氧化锰的特征衍射峰强度逐渐减弱，
而粘土矿物的特征衍射峰逐渐增强。SEM胆DS图像分析数据表明，复合物中的氧化
锰均匀的包被在粘土矿物表面上，各元素含量分布均匀。
(2)水钠锰矿、钙锰矿、水合氧化锰的电荷零点(PZC)分别为3.16、3.28、
1.93，高岭石和蒙脱石的PzC分别为3.87、4.18;不同比例氧化锰一粘土矿物复合物
的PzC值为2.05一3.79，并随着粘土矿物加入量的增加而升高。
(3)供试样品的外表面积以非晶形水合氧化锰的最高(207.2m勺g)，其次为钙
锰矿(102.5mZ/g)、蒙脱石(40.9mZ/g)、水钠锰矿(33.7mZ/g)、高岭石(24.sm即g)。
氧化锰一粘土矿物复合物的外表面积变化趋势不尽相同，水合氧化锰一高岭石(蒙脱
石)复合物、钙锰矿一高岭石(蒙脱石)复合物的外表面积均随粘土矿物比例的增加
逐渐降低;水钠锰矿一高岭石复合物的外表面积变化不大;水钠锰矿一蒙脱石复合物
的外表面积随粘土矿物比例的增加而逐渐升高。
2.不同类型氧化锰及氧化锰一粘土矿物复合物对As(m)的氧化特性。
(1)单体氧化锰及粘土矿物的As(V)最大生成量大小顺序为(mmof瓜g):
水钠锰矿(763.5)>钙锰矿(645.9)>水合氧化锰(602.9)>蒙脱石(121.2)
>高岭石(77.7)。
氧化锰矿物一粘土矿物复合物的表面特性及其对As(m)的氧化
(2)复合物氧化生成As(V)的量随加入As(111)浓度的变化趋势基本与对
应单体氧化锰的相一致。水钠锰矿和钙锰矿复合物的氧化曲线在加入AS(111)浓度
大于8mmol/L时，As(V)的生成量接近平衡，趋于稳定;而水合氧化锰的复合
物在加入As(111)浓度大于12mmol/L时才趋于稳定。随着粘土矿物加入量的增加，
复合物间As(V)生成量的增幅差异不大。氧化锰一高岭石复合物体系对AS(111)
的氧化能力更强，相同类型氧化锰的复合物中高岭石所起的作用比蒙脱石的大。这
可能与高岭石在本实验条件下(pH5.5)吸附量较大有关。
(3)氧化锰一粘土矿物复合物中MnO:对As(111)氧化的贡献量，均有较大幅
度的增加，并随粘土矿物加入量的增加而增大，单体B(水钠锰矿)与复合物B一K01、
B一K02、B一K03(K为高岭石)相比，贡献量分别增加了163.4、425.6、1229.0mmol/kg。
因此，氧化锰与粘土矿物的复合物能促进As(V)的生成，增强体系对As(111)
的氧化。这可能是由于粘土矿物通过对As(V)的吸附减少了平衡溶液中氧化生成
的As(V)的浓度，从而推动氧化反应向正方向进行。
(4)复合物中Mno:对As(111)氧化的贡献量随离子强度增加而增加。复合
物B一K03、复合物T-K03的As(V)的生成量分别从支持电解质浓度为0mol/L时
的1662.9mmol瓜g和1329.1mmol水g，增加到支持电解质浓度为2.0mol/L时的
2083.1mmol/kg和1900.0mmol瓜g，增幅分别为420.2mmo呱g和570.9mmol瓜g。
关键词:氧化锰氧化还原As(I11)粘土矿物包被
