Al-Fe摻雜酸性水鈉錳礦的表征及表面化學性質.pdf

1、氧化錳礦物是土壤中普遍存在、活性最強的礦物。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，它們通過吸附、同晶替代等方式影響彼此的地球化學特性。自然狀態(tài)下，Al對鐵氧化物和Fe對鋁氧化物之間的同晶替代研究較為多，而關于Al，Fe對錳氧化物結構和性質的影響則較少報道。酸性水鈉錳礦是一種結晶弱、顆粒細小、活性強的層狀氧化錳礦物。金屬離子進入到水鈉錳礦結構中會引起水鈉錳礦結構和性質的的變化，

2、顯著改變礦物的吸附與氧化的性能。Al和Fe摻雜對酸性水鈉錳礦的結構和物理化學性質又會產生什么樣的影響，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。應用粉末X射線衍射(XRD)、化學分析、場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、透射電鏡(TEM)、傅里葉轉換紅外吸收光譜(FTIR)、zeta電位儀、X射線光電子能譜(XPS)和X射線吸收精細結構光譜(XANE

3、S、EXAFS)等手段表征產物晶體結構、微觀形貌和化學組成。并通過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構和性質，以及摻雜離子與酸性水鈉錳礦的相互作用機制。取得的主要結果有:
　　 1.在實驗條件下，Al3+不易進入酸性水鈉錳礦結構，最后合成的Al/(Mn+Al)摩爾比只能達到6.7％;Fe3+較易進入酸性水鈉錳礦結構，最終

4、能達到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構沒有改變，但結晶度減弱，顆粒尺寸逐漸減小，并有團聚作用。尺寸改變造成比表面的增加，而當顆粒進一步減小時團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的摻雜會引起六方水鈉錳礦晶胞參數的變化。摻鋁酸性水鈉錳礦晶胞參數b方向上呈減小趨勢，而摻鐵酸性水鈉錳礦呈增大趨勢。兩個系列的摻雜

5、酸性水鈉錳礦晶胞參數a、c均呈減小趨勢。
　　 4.XPS數據分析表明，摻入的Al和Fe均以+3價形式存在于礦物中。Mn2p3/2多峰擬合分析表明，摻Al樣品表面高價錳含量逐漸增多，摻Fe樣品表面高價錳含量逐漸減少。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構和Mn局域配位環(huán)境未發(fā)生明顯變化。摻Al導致錳氧