Al-Fe摻雜酸性水鈉錳礦的表征及表面化學(xué)性質(zhì).pdf

1、氧化錳礦物是土壤中普遍存在、活性最強(qiáng)的礦物。天然氧化錳礦物中常常富含多種金屬離子。土壤中，Mn、Al、Fe元素形成的氧化物常常小尺度交生在一起，它們通過(guò)吸附、同晶替代等方式影響彼此的地球化學(xué)特性。自然狀態(tài)下，Al對(duì)鐵氧化物和Fe對(duì)鋁氧化物之間的同晶替代研究較為多，而關(guān)于Al，F(xiàn)e對(duì)錳氧化物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響則較少報(bào)道。酸性水鈉錳礦是一種結(jié)晶弱、顆粒細(xì)小、活性強(qiáng)的層狀氧化錳礦物。金屬離子進(jìn)入到水鈉錳礦結(jié)構(gòu)中會(huì)引起水鈉錳礦結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的的變化，

2、顯著改變礦物的吸附與氧化的性能。Al和Fe摻雜對(duì)酸性水鈉錳礦的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)又會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，目前尚不清楚。
　　 為此，本文在鹽酸還原高錳酸鉀制備酸性水鈉錳礦過(guò)程中添加氯化鋁/氯化鐵，常壓條件下一步合成摻雜酸性水鈉錳礦。應(yīng)用粉末X射線衍射(XRD)、化學(xué)分析、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、透射電鏡(TEM)、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外吸收光譜(FTIR)、zeta電位儀、X射線光電子能譜(XPS)和X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜(XANE

3、S、EXAFS)等手段表征產(chǎn)物晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌和化學(xué)組成。并通過(guò)Pb2+、Zn2+、PO43-、AsO43-吸附與As(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)氧化研究其吸附和氧化特性，從而揭示摻鋁酸性水鈉錳礦和摻鐵酸性水鈉錳礦的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及摻雜離子與酸性水鈉錳礦的相互作用機(jī)制。取得的主要結(jié)果有:
　　 1.在實(shí)驗(yàn)條件下，Al3+不易進(jìn)入酸性水鈉錳礦結(jié)構(gòu)，最后合成的Al/(Mn+Al)摩爾比只能達(dá)到6.7％;Fe3+較易進(jìn)入酸性水鈉錳礦結(jié)構(gòu)，最終

4、能達(dá)到21％的Fe/(Mn+Fe)摩爾比。
　　 2.粉末X射線衍射分析表明，摻雜后酸性水鈉錳礦的層狀結(jié)構(gòu)沒(méi)有改變，但結(jié)晶度減弱，顆粒尺寸逐漸減小，并有團(tuán)聚作用。尺寸改變?cè)斐杀缺砻娴脑黾樱?dāng)顆粒進(jìn)一步減小時(shí)團(tuán)聚作用在一定程度上造成比表面的減小。摻雜使礦物的PZC顯著升高。
　　 3.Al和Fe的摻雜會(huì)引起六方水鈉錳礦晶胞參數(shù)的變化。摻鋁酸性水鈉錳礦晶胞參數(shù)b方向上呈減小趨勢(shì)，而摻鐵酸性水鈉錳礦呈增大趨勢(shì)。兩個(gè)系列的摻雜

5、酸性水鈉錳礦晶胞參數(shù)a、c均呈減小趨勢(shì)。
　　 4.XPS數(shù)據(jù)分析表明，摻入的Al和Fe均以+3價(jià)形式存在于礦物中。Mn2p3/2多峰擬合分析表明，摻Al樣品表面高價(jià)錳含量逐漸增多，摻Fe樣品表面高價(jià)錳含量逐漸減少。O1s分析表明，摻Al使礦物表面羥基含量逐漸減小，摻Fe使礦物表面羥基含量逐漸增加。
　　 5.MnK邊XANES和EXAFS分析表明，摻雜后錳氧八面體基本結(jié)構(gòu)和Mn局域配位環(huán)境未發(fā)生明顯變化。摻Al導(dǎo)致錳氧