腐殖酸和铝离子对氧化铁形成转化的影响

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氧化铁是土壤中重要的活性组分,其种类多样、表面活性大,对土壤结构体的形成、养分和环境污染物的迁移转化具有极其重要的作用。氧化铁的铝同晶替代是土壤中极普遍的现象,由于 Al3+对 Fe3+的替代,使土壤氧化铁的结构、形貌和表面化学性质发生改变。而腐殖酸( H A)作为土壤中活性胶体物质,具有较强的吸附、络合、鳌合和氧化还原能力,与氧化铁之间的相互作用必然影响着土壤氧化铁乃至铝代氧化铁的的形成与转化行为。因此,研究土壤腐殖酸与铝同晶替代对氧化铁形成转化的影响机制是土壤与环境科学的热点之一。本研究分别在水热和常温条件下合成氧化铁,利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)等手段探讨了腐殖酸和铝离子共同作用对氧化铁形成转化的影响,为探清土壤中氧化铁的形成特点、土壤的形成演化过程、元素的保蓄与释放提供一定的参考。  本研究主要内容包括:⑴在水热80℃、无腐殖酸作用时,Fe(III)在酸性至中性(即pH3.5~7)条件下均可转化为纯相赤铁矿,且pH值越大,赤铁矿的结晶度越好,pH8时,产物为赤铁矿与极少量针铁矿的混合相,赤铁矿的结晶度减弱,当pH9时则未见任何结晶相产生。水热80℃和和0.09%的腐殖酸作用下,pH3.5~6时为纯相赤铁矿,pH7~9几乎未见结晶相的产生,pH3.5和pH4时, HA的存在明显促进了赤铁矿的形成,而pH5~8时,HA抑制了赤铁矿的形成。⑵水热80℃、pH5和添加HA的条件下,Al3+添加量越大,生成的赤铁矿结晶受抑制的程度越高,在HA与A l3+共同作用下,A l3+可能是对赤铁矿结晶生长产生抑制作用的主导因素。当体系pH=4时,若不添加HA,则随着Al3+添加量的增加,赤铁矿的结晶度呈先增加后减弱的趋势,直至Al3+添加量为19%时无结晶相产生;添加HA时,在较低HA浓度(0.09%、0.18%)时,赤铁矿结晶度随着Al3+添加量增大(<11%)而减弱,而HA浓度较高(0.36%、0.54%)时,赤铁矿的结晶度呈先增强后减弱的趋势;表明 Al3+对赤铁矿的结晶生长也有一定的促进作用,低浓度的HA与Al3+共同抑制了赤铁矿结晶生长,而高浓度的HA存在时,Al3+的作用被HA抑制,HA仍然表现出部分对赤铁矿结晶生长的促进作用。⑶水热80℃、pH5和添加HA的条件下,赤铁矿的铝同晶替代量低于8%,而 pH4条件比 pH5条件难发生赤铁矿的铝同晶替代;p H4时,较低添加量的HA(<0.90%)会促进赤铁矿的铝同晶替代,而较高添加量 HA(≥0.90%)的促进作用则减弱,甚至对赤铁矿的铝同晶替代产生抑制作用。⑷常温条件下,低浓度HA对Fe(II)向磁铁矿的转化并没有明显的作用,高浓度HA会明显抑制氧化铁的结晶生长;Al3+的存在会诱导Fe(II)生成的磁铁矿向针铁矿;转化产物的铝替代量较高,最高接近30%,且铝替代量越高产物结晶度越差。
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