Ni掺杂和交换对水钠锰矿向钙锰矿转化的影响

发布时间：2019-09-22 00:35

【摘要】：钙锰矿是土壤、沉积物等环境中常见的具有隧道结构的氧化锰矿物,常由层状水钠锰矿转化形成,并赋存Ni、Co等过渡金属,影响其地球化学行为。已有的研究表明钙锰矿可由碱性水钠锰矿转化生成。不同过渡金属离子单掺杂、双掺杂层状锰矿和相同过渡金属离子掺杂氧化度不同层状锰矿引起层状锰矿结构和物理化学性质的变化已有报道。然而有关表生环境中过渡金属在钙锰矿中的赋存形态与结构,以及对钙锰矿形成的影响仍不清楚,相关的实验地球化学研究也鲜见报道。本文在碱性环境下以Na Mn O4氧化Mn SO4合成了氧化度不同的两种碱性水钠锰矿,并在此过程中改变Na Mn O4/Mn SO4摩尔比和加入不同量Ni SO4合成Ni掺杂的氧化度不同的碱性水钠锰矿,水钠锰矿再在Ni SO4/Mg Cl2溶液中进行离子交换形成布塞尔矿,最后布塞尔矿在热液条件下转化形成钙锰矿,运用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM/ED)、BET比表面等技术,研究了前驱物布塞尔矿层间金属离子种类和数量、结晶度和氧化度、Ni离子掺杂等对其转化为钙锰矿的影响及Ni在锰矿中的晶体化学结构。结果表明:1.水钠锰矿层间Ni离子的数量会影响其向钙锰矿的转化。Ni离子交换溶液浓度过低或过高都会阻碍水钠锰矿向钙锰矿转化,而Ni离子交换溶液浓度为0.1mol/L左右时,水钠锰矿向钙锰矿的转化最完全。2.布塞尔矿层间离子的类型和氧化度影响会其向钙锰矿的转化。当布塞尔矿Mn氧化度较高时,以弱结合力与布塞尔矿Mn O6八面体层作用的Mg2+有利于形成钙锰矿;而布塞尔矿Mn氧化度较低时,以强结合力与布塞尔矿Mn O6八面体层作用的Ni2+则促进钙锰矿形成。低氧化度的布塞尔矿比高氧化度布塞尔矿更有利于向钙锰矿转化。3.水钠锰矿Ni掺杂量的不同影响其结构与性质。随着Ni掺杂量的增加,高低氧化度水钠锰矿氧化度均升高,比表面积增加,结晶度均减弱,且高氧化度的水钠锰矿的结晶度减弱得更明显。水钠锰矿的晶胞参数也有变化,高氧化度水钠锰矿晶胞参数a先增大后减小,b一直减小,c先减小后增大,低氧化度水钠锰矿晶胞参数a,b均减小,两者晶胞体积均减小。4.水钠锰矿Ni掺杂量的不同影响其向钙锰矿的转化。随着Ni掺杂量的增加,氧化度、层间离子不同的布塞尔矿均更容易转化形成钙锰矿。钙锰矿的氧化度均升高,比表面积增加,不同条件下形成的钙锰矿晶胞参数各有变化。5.高、低氧化度碱性水钠锰矿的形貌均为层状结构;高氧化度布塞尔矿转化形成的钙锰矿的形貌均为纤维状晶体,而以低氧化度布塞尔矿为前驱物时,Mg2+交换形成的钙锰矿的形貌为纤维状,Ni2+交换形成的钙锰矿的形貌为板条状。
【图文】：

图 1-2-1 碱性水钠锰矿层状结构示意图2-1 Idealized structures of birnessites with钠锰矿结晶度一般弱，，而且常常与其于环境中，使得水钠锰矿的鉴别与分

图 1-3-1 钙锰矿隧道结构示意图igure 1-3-1 Tunnel structure of todoroki法一直以来都是是学者们研究的层间距为 0.7 nm 水钠锰矿通过层
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P574

【参考文献】

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1 冯雄汉,谭文峰,刘凡,许永胜,王贻俊;热液条件下钙锰矿的合成及其影响因素[J];地球科学;2005年03期

2 孟佑婷;郑袁明;张丽梅;贺纪正;;环境中生物氧化锰的形成机制及其与重金属离子的相互作用[J];环境科学;2009年02期

3 刘铮;;土壤与植物中锰的研究进展[J];土壤学进展;1991年06期

4 谭文峰,刘凡,李永华,贺纪正,李学垣;我国几种土壤铁锰结核中的锰矿物类型[J];土壤学报;2000年02期

5 刘凡,谭文峰,刘桂秋,李学垣,贺纪正;几种土壤中铁锰结核的重金属离子吸附与锰矿物类型[J];土壤学报;2002年05期

6 丁维新;土壤pH对锰赋存形态的影响[J];热带亚热带土壤科学;1994年04期

7 刘斌,夏熙;含钙、含钡和含镍钡镁锰矿的合成及在水溶液中电化学性能[J];应用科学学报;2001年02期

本文编号：2539642