錳礦物和石英砂表面錳膠膜的形成及影響因素探討.pdf

1、土壤錳礦物是土壤的重要組成部分，影響著土壤的物理、化學(xué)和生物化學(xué)性質(zhì)。土壤錳膠膜作為土壤錳礦物在土壤界面中的主要存在形態(tài)，廣泛存在于我國亞熱帶地區(qū)。與鐵相比，錳在土壤中具有更高的活性，對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響作用更為強(qiáng)烈，因此土壤錳膠膜方面的研究受到相關(guān)學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文利用二價(jià)錳鹽還原KMnO4的方式合成錳礦物，并通過對(duì)合成產(chǎn)物的各種表征方式，研究了不同錳摩爾比R(Mn2+/Mn7+)、合成溫度(30℃、50℃、70℃、90℃、110℃

2、)、陰離子類型(SO42-、Cl-、NO3-)等影響因素對(duì)合成的影響，并對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了探討;進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)室模擬條件下，利用在石英砂載體表面包被氧化錳礦物的方法，合成錳膠膜，探討了不同錳摩爾比R(Mn2+/Mn7+)、合成溫度、老化時(shí)間、攪拌時(shí)間及石英砂添加量對(duì)膠膜包被形成的影響;分析新合成的錳膠膜得表面化學(xué)性質(zhì)，對(duì)其吸附效果和影響因素進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。實(shí)驗(yàn)得到結(jié)論如下：
　　 ⑴錳摩爾比R是影響合成生成礦物的主要影響因素，合成溫

3、度的升高可增快反應(yīng)速率。當(dāng)R為1∶1時(shí)，各溫度條件下合成的錳礦物均為單一礦相的錳鉀礦，SEM圖像顯示合成產(chǎn)物為針狀晶體形貌，且產(chǎn)物的結(jié)晶度和錳氧化度(AOSMn)均隨溫度升高而增大;R為1∶2時(shí)，各溫度條件下合成的礦物為錳鉀礦和水鈉錳礦的混合物，且隨著合成溫度的升高，混合礦物中水鈉錳礦所占的比重越來越大，SEM下產(chǎn)物的晶體形貌為針狀和顆粒狀混合物，AOSMn也隨溫度升高而升高;R為1∶3和1∶4時(shí)，各溫度下合成的錳礦物均為單一礦相的水鈉

4、錳礦，SEM圖像顯示產(chǎn)物為顆粒狀的晶體形貌，且隨著合成溫度的升高，晶體顆粒逐漸增大，結(jié)晶度和AOSMm均逐漸升高。
　　 ⑵高錳摩爾比下，陰離子種類的不同也會(huì)影響礦物的種類。當(dāng)R為1∶1時(shí)，以MnCl2和MnSO4為還原劑所合成產(chǎn)物為單相的錳鉀礦，且后者的結(jié)晶度高于前者，SEM下的礦物晶體主要為針狀;以Mn(NO3)2為還原劑時(shí)，合成產(chǎn)物錳鉀礦和拉錳礦的混合礦物，SEM下的礦物晶體為細(xì)針狀和梭狀。當(dāng)R為1∶2時(shí)，XRD下均只出現(xiàn)

5、水鈉錳礦的特征衍射峰，且以MnCl2為還原劑時(shí)產(chǎn)物的結(jié)晶度最高，SEM下MnSO4體系的錳礦物晶體呈顆粒狀摻雜少量針狀，MnCl2體系的為顆粒狀;Mn(NO3)2體系下的礦物晶體則以顆粒狀為主摻雜著少許針狀的或梭狀。當(dāng)R為1∶3時(shí)，三種還原劑所合成產(chǎn)物也均是顆粒狀的水鈉錳礦，且結(jié)晶度由高到低依次為Mn(NO3)2體系、MnCl2體系和MnSO4體系。
　　 ⑶為錳鉀礦和拉錳礦的混合礦物，SEM下的礦物晶體為細(xì)針狀和梭狀。當(dāng)R為1

6、∶2時(shí)，XRD下均只出現(xiàn)水鈉錳礦的特征衍射峰，且以MnCl2為還原劑時(shí)產(chǎn)物的結(jié)晶度最高，SEM下MnSO4體系的錳礦物晶體呈顆粒狀摻雜少量針狀，MnCl2體系的為顆粒狀;Mn(NO3)2體系下的礦物晶體則以顆粒狀為主摻雜著少許針狀的或梭狀。當(dāng)R為1∶3時(shí)，三種還原劑所合成產(chǎn)物也均是顆粒狀的水鈉錳礦，且結(jié)晶度由高到低依次為Mn(NO3)2體系、MnCl2體系和MnSO4體系。
　　 ⑷合成溫度為30℃的條件下，當(dāng)R為1∶1時(shí)，錳膠

7、膜礦物為顆粒狀的水鈉錳礦和針狀錳鉀礦的混合礦物;R為1∶2、1∶3和1∶4時(shí)，錳膠膜礦物均為顆粒狀的水鈉錳礦，但隨著摩爾比R的減小，錳膠膜礦物結(jié)晶度升高，膠膜表面礦物含量減小。
　　 ⑸R為1∶3時(shí)，合成溫度對(duì)膠膜礦物類型無影響，但隨合成溫度的升高（由30℃升到110℃），膠膜表面礦物的結(jié)晶度逐漸升高，顆粒狀結(jié)構(gòu)增大，膠膜表面礦物含量略有降低。
　　 ⑹老化時(shí)間對(duì)膠膜礦物類型幾乎沒有影響，且對(duì)膠膜表面錳礦物含量的影響較小

8、;攪拌不會(huì)影響膠膜礦物類型，但攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，膠膜表面礦物含量越高。
　　 ⑺石英砂會(huì)降低錳礦物的結(jié)晶度，但不影響礦物類型;隨石英砂添加量的增大，膠膜錳礦物的結(jié)晶度降低，且膠膜表面錳礦物含量隨合成溫度的升高出現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)。
　　 ⑻在合成溫度為30℃，R為1∶3，石英砂添加量為40g，老化時(shí)間為48h的條件下所合成錳膠膜的電荷零點(diǎn)(PZC)為2.17，處在水鈉錳礦(1.21)和空白石英砂(2.62)的PZC之間。且