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《华中农业大学》 2012年
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石英砂表面铁胶膜的形成及影响因素探讨

王瑞  
【摘要】:土壤胶膜是土壤界面的主要组成部分。铁锰胶膜是在我国的南方地区广泛分布的一种土壤胶膜,它具有活跃的表面化学性质。与锰相比,土壤中铁的含量高,且其在铁锰胶膜中的淀积量大,其淀积特点和影响因素倍受关注。本研究以石英砂为载体,在其颗粒表面合成铁胶膜,并探讨合成体系不同初始pH(5、6、7)、铁摩尔比R(Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ))、温度(30℃、50℃、70℃、90℃)、石英砂添加量(5g、10g、20g、30g、40g、50g)和老化时间(2d、4d、11d、18d、25d、32d、40d)等因素对针铁矿胶膜形成的影响。以揭示土壤铁氧化物胶膜的形成机理,为土壤形成演化和土壤界面化学的研究提供理论依据。实验结果表明: 1)初始pH为7的情况下,当R为0时,铁胶膜的矿物成分为弱晶质的水铁矿,R为0.01时的矿物成分为赤铁矿,当R为0.5和体系只加入Fe(Ⅱ)时合成的铁矿物主要为针铁矿与磁铁矿的混合物;在所设置的三个pH下,R分别为0.02、0.04、0.06和0.1时胶膜的矿物类型均为针铁矿,且随着R增加,X射线衍射(XRD)图谱中针铁矿的峰强度逐渐增加,扫描电镜(SEM)中针铁矿晶形逐渐变大,且在初始pH为7,R为0.1时晶体形貌最大。 2)当铁摩尔比R一定时,随着合成体系初始pH由5到7的增加,胶膜中针铁矿的XRD峰强度逐渐增强,在初始pH为7时其峰最强;初始pH为5时胶膜中针铁矿形貌主要为短杆状和针状,长50nm左右,宽20nm左右。初始pH为6时增大为均一的针状结构,长150nm左右,宽20nm左右。初始pH为7时主要为板条状,夹杂一些细针状的结构,长200~400nm,宽5~100nm。 3)初始pH为7,R为0.1,石英砂添加量为10g,老化时间为25d时,随着温度由30℃、50℃、70℃到90℃增加,胶膜中针铁矿的XRD峰强度明显增强,扫描电镜(SEM)下晶形逐渐变大。 4)初始pH为7,R为0.1,石英砂添加量为10g,老化温度为60℃时,随着老化时间的增长,胶膜中针铁矿的XRD峰强度先逐渐增强(前18d),然后减弱并趋于稳定;矿物晶形先逐渐增大,老化18d左右时矿物的晶形较大且较均一,18d之后的晶形又逐渐变小。 5)石英砂存在会延缓针铁矿的结晶。在初始pH为7,R为0.1,老化温度为60℃时,石英砂添加量的差异对铁胶膜中矿物类型的影响不大。 6)不同条件下合成的胶膜中,其铁含量为2.0~10.0mg Fe/g铁胶膜。不同温度的处理中,在70℃时铁含量达到最大的8.5mg Fe/g铁胶膜。不同老化时间的系列中铁含量最高时为9.2mg Fe/g铁胶膜,出现在18d左右。 7)在初始pH为7,R为0.1,老化温度为60℃时,石英砂表面铁胶膜包被较好,其电荷零点(PZC)为5.45,比空白石英砂的PZC(2.88)增加了约一倍。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S153

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