文档介绍：华中农业大学博士学位论文水钠锰矿和锰钾矿的形成、转化途径与机制及对苯酚的降解特性姓名:张风嵚申请学位级别:博士专业:土壤学指导教师:刘凡 201106 水钠锰矿和锰钾矿的形成、转化途径与机制及对苯酚的降解摘要作为土壤的主要组成物质——土壤矿物,对土壤的物理性质、化学性质以及生物与生物化学性质均有深刻的影响。对土壤中矿物的形成、转化及其性质的研究是土壤矿物学研究的主要内容,此外土壤矿物的性质对环境中物质的循环和元素的地球化学过程也起着十分重要的影响。带有表面电荷、含有变价元素的氧化锰矿物是土壤中潜在的吸附剂、氧化剂和催化剂,它能吸附土壤中的重金属离子, 催化氧化土壤中的变价元素和还原性的酚类化合物,从而改变这些物质形态和毒性。因此,开展氧化锰矿物的合成、转化及性质研究,对深入了解和认识土壤中氧化锰矿物的资源属性和环境属性,促进氧化锰矿物资源的开发与利用具有重要的理论和实践意义。本文研究了酸性条件下水钠锰矿形成的影响因素和反应机制,并以合成的水钠锰矿为前驱物,采用X-射线衍射()a[m)、透射电镜(TEM/SAED)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)等测试技术,研究了水钠锰矿钾含量、锰氧化度、不同晶系、溶液pH、溶液中K+和Mn2+离子浓度和反应温度等对常压下对水钠锰矿转化的影响及其机制。在此基础上,提出了一步合成锰钾矿法并研究了反应中酸的浓度和类型对锰钾矿晶体大小的影响及其反应途径。此外,以苯酚作为研究对象,探讨了土壤中不同晶体结构类型氧化锰矿物光催化降解苯酚的特点及其反应机制,以期对自然环境中氧化锰矿物的环境光化学行为有一个详细的了解。本论文的主要研究内容、研究成果及创新点如下: ,SEM下它们的晶体形貌相似,但化学分析表明它们的钾含量和锰氧化度(AOSMn)不同。通过对KCl、HCl与高锰酸钾反应产物以及高锰酸钾自身分解的研究表明,H+是反应体系中生成水钠锰矿的重要因素。四种其它类型的酸(硝酸、硫酸、高氯酸和乙酸)与高锰酸钾反应也均得到单一矿相的水钠锰矿,但 sEM图片表明它们的晶体相貌和晶粒大小明显不同,其晶体大小顺序为HN03> HCl≈HCl04>CH3COOH>H2S04。酸性介质中,当体系中无还原剂(高氯酸、硝酸和硫酸体系)时,水钠锰矿主要通过№04‘自身分解生成;当还原剂存在时(盐酸和乙酸),水钠锰矿通过Mn04。自身分解和被还原剂还原生成水钠锰矿。 ,并考察了反应过程中pH、K+和Mn2+浓度的变化及产物微观形貌变化。溶液pH决定酸性水钠锰矿的矿相转变,当溶液pH ,酸性水钠锰矿回流~定时间可转变华中农业大学20n届博士研究生学位论文为锰钾矿,,回流7天也不发生矿相转变。矿物转化过程中, pH≥,溶液中几乎没有Mn2+,而p H较低时(pH 、), Mn2+浓度随转化时间增加而升高,这主要是由于H+对氧化锰矿物的溶解导致的。矿物转化过程中K+的浓度变化与产物中矿物组成有关,当体系中为酸性水钠锰矿时,溶液中H+与矿物层间的K+交换使得溶液中K+的浓度随着回流时间的增加而增加;但当体系中有锰钾矿生成时,锰钾矿的隧道结构吸附K+导致溶液中 K+浓度迅速降低。通过SEM和TEM观察反应不同时间产物的形貌表明,水钠锰矿向锰钾矿转化过程是由不规则形貌水钠锰矿逐渐向纳米线锰钾矿转变,。溶液pH低有利于加速水钠锰矿溶解,促进了锰钾矿形成。,水钠锰矿回流3 h后便完全转化为锰钾矿;,回流6 h水钠锰矿才完全转化;继续增加 ,矿物完全转化时间增加至24 h。 (如不同晶形、钾含量、锰氧化度)以及反应条件(如溶液中K+、Mh2+浓度、温度等)对其转化的影响。在本实验体系中,水钠锰矿的钾含量和溶液中的K+浓度都不影响水钠锰矿的转化, 不同钾含量酸性水钠锰矿或溶液中K+浓度不同时,酸性水钠锰矿均转化为锰钾矿。酸性水钠锰矿的锰氧化度(AOS№)影响其转变产物的矿相, 时,水钠锰矿转化为锰钾矿;而当AOS№,最终产物为拉锰矿和锰钾矿的混合物。溶液中Mn2+浓度对矿物转化的影响显著,当Mn2+ mon, 时,转化产物为拉锰矿和锰钾矿的混合物;当Mn2+ mol/L时,转化产物为单一矿相的拉锰矿。反应温度不仅影响酸性水钠锰矿是否发生矿相转变, 还影响着转化速率,当温度高于80摄氏度时,随着温度的升高,水钠锰矿向锰钾矿转变的速率增加,而当温度低于