含Ni六方水钠锰矿的表征及其对Pb 2+ (Zn2+)环境行为的影响

六方水钠锰矿是土壤中普遍存在、活性最强的氧化锰矿物。它常常富集各种过渡金属如Ni等,对其地球化学行为具有重要影响。在六方水钠锰矿形成过程中加入Ni2+,Ni以+2价存在于矿物中。进入水钠锰矿结构中的Ni大部分以[NiO6]八面体形式存在于层内;部分Ni存在于八面体空位上下方。含Ni水钠锰矿沿c轴方向堆叠锰氧八面体层数逐渐减小,而a-b板面晶体大小没有明显变化,即层片状晶体逐渐变薄,比表面积显著增大。随着Ni含量的增加,水钠锰矿结构中锰氧八面体空位数减少,而层边面吸附位点数基本保持不变,其对重金属离子(Pb2+/Zn2+)吸附去除能力逐渐降低。本文为明确过渡金属离子(Ni)对土壤中氧化锰矿物的形貌、结构及其性质的影响提供了参考。     

几种土壤中铁锰结核的重金属离子吸附与锰矿物类型

土壤与水体中的锰氧化物对某些重金属离子有强烈的富集作用 ,本研究表明我国几种土壤铁锰结核中锰氧化物的重金属离子 (Pb、Cu、Zn、Co、Ni和Cd)吸附量占结核吸附这些离子总量的 60 %～ 1 0 0 %。结核中所含锰矿物类型不同 ,对重金属离子吸附的能力不一样。山东砂姜黑土中含钙锰矿和锂硬锰矿 ,其锰氧化物的重金属离子吸附量最高 ;其次是湖北黄棕壤和黄褐土中铁锰结核的锰氧化物 ,它们为锂硬锰矿与水钠锰矿组合 ;吸附量最低的是湖南红壤中铁锰结核的锰氧化物 ,它们仅为锂硬锰矿。上述几种锰矿物构造上的差异和结晶程度不同是导致不同土壤铁锰结核中锰氧化物吸附重金属离子量不一样的重要原因。Co2 在吸附过程中被氧化及试样中氧化锰含量和Mn(Ⅳ )百分率不同也是影响其铁锰结核中Co吸附量变化的原因。     

水钠锰矿(Birnessite)对Mn2+持留机理的研究

本试验研究了一种合成水钠锰矿对Mn2+的持留机理和Mn2+被吸附后的去向,并进一步探讨了三种锰盐溶液(MnSO4,MN(NO3)2和MnCl2)对水钠锰矿晶体结构变化的影响。.试验结果表明,水钠锰矿对MN2+离子的吸附包括专性吸附和非专性吸附。随着吸附后的老化过程,吸附在矿物表面的锰逐渐扩散到晶格内,其置换性随之降低。.在MnSO4,Mn(NO3)2和MnCl2溶液中,水钠锰矿最终转化成六方锰矿(Nsutite),一种比水钠锰矿更稳定,结晶更好的晶体。MnSO4溶液在加入水钠锰矿后pH值比其它两种溶液高,除生成六方锰矿外还形成大量拉锰矿(Ramsdellite)。随着生成新矿物的老化,最初被吸附的Mn被固定在晶格内而失去其置换性和生物有效性。     

含Ni六方水钠锰矿的表征及其对Pb 2+ (Zn2+)环境行为的影响

六方水钠锰矿是土壤中普遍存在、活性最强的氧化锰矿物。它常常富集各种过渡金属如Ni等,对其地球化学行为具有重要影响。在六方水钠锰矿形成过程中加入Ni²⁺,Ni以+2价存在于矿物中。进入水钠锰矿结构中的Ni大部分以[NiO₆ ]八面体形式存在于层内;仅有小部分Ni存在于八面体空位上下方。含Ni水钠锰矿沿c轴方向堆叠锰氧八面体层数逐渐减小,而a-b板面晶体大小没有明显变化,即层片状晶体逐渐变薄,比表面积显著增大。随着Ni含量的增加,水钠锰矿结构中锰氧八面体空位数减少,而层边面吸附位点数基本保持不变,其对重金属离子(Pb²⁺/Zn²⁺)吸附去除能力逐渐降低。本文为明确过渡金属离子(Ni)对土壤中氧化锰矿物的形貌、结构及其性质的影响提供了参考。     

水钠锰矿对Cr(Ⅲ)离子的吸附解吸及氧化行为

采取等温吸附热力学方法,探讨了锰氧化合物(水钠锰矿)对Cr(Ⅲ)离子的吸附解吸和氧化特征及温度、pH等因素对其影响。研究结果表明,随着Cr(Ⅲ)初始加入量的增加,总铬吸附量逐渐增大,用Langmuir方程可以很好地描述吸附等温线数据;达到反应平衡时,水钠锰矿对Cr(Ⅲ)离子的氧化量与加入初始Cr(Ⅲ)的浓度呈极显著线性正相关,而水钠锰矿对Cr(Ⅲ)的氧化率,随初始Cr(Ⅲ)浓度增加而减小;温度是影响水钠锰矿对Cr(Ⅲ)的吸附和氧化的重要因素,35℃时的吸附量显著低于25℃时的吸附量,而35℃时的氧化量、氧化率明显高于25℃时的氧化量、氧化率,表明升温对吸附反应不利,而对氧化反应有利;溶液酸度对于Cr(Ⅲ)的吸附和氧化有着不同的影响,随着pH的升高,Cr(Ⅲ)离子氧化量、氧化率增大,然而,水钠锰矿对总Cr的吸附量则随着pH的升高而减小,表明pH的升高有利于氧化反应,而对吸附反应不利。     

水钠锰矿(Birnessite)对Mn2+持留机理的研究

本试验研究了一种合成水钠锰矿对Mn²⁺的持留机理和Mn²⁺被吸附后的去向,并进一步探讨了三种锰盐溶液(MnSO₄,MN(NO₃)₂和MnCl₂)对水钠锰矿晶体结构变化的影响。.试验结果表明,水钠锰矿对MN²⁺离子的吸附包括专性吸附和非专性吸附。随着吸附后的老化过程,吸附在矿物表面的锰逐渐扩散到晶格内,其置换性随之降低。.在MnSO₄,Mn(NO₃)₂和MnCl₂溶液中,水钠锰矿最终转化成六方锰矿(Nsutite),一种比水钠锰矿更稳定,结晶更好的晶体。MnSO₄溶液在加入水钠锰矿后pH值比其它两种溶液高,除生成六方锰矿外还形成大量拉锰矿(Ramsdellite)。随着生成新矿物的老化,最初被吸附的Mn被固定在晶格内而失去其置换性和生物有效性。     

不同氧化度六方水钠锰矿的结构研究

通过反复试验法(trial-and-error)粉末X射线衍射(XRD)结构模拟和X射线吸收光谱(XAS)研究了不同锰平均氧化度(manganese average oxidation state,Mn AOS)六方水钠锰矿的结构变化特点.合成的系列六方水钠锰矿中(样品HB1到HB6),Mn AOS由3.92减小为3.67,晶胞参数b由2.838 (A)增加至2.848 (A).在a-b平面上的紧密堆叠尺寸(CSD)由12.0 nm减小至7.0 nm,沿c轴堆叠的锰氧八面体层数约为10.6～13.4层.随着Mn AOS逐渐降低,样品中八面体空位含量由18％减小至8％.Mn AOS与空位含量呈极显著正相关,它们与晶胞参数b呈负相关.X射线吸收近边结构光谱(XANES)线性拟合表明,样品中Mn主要以+4价存在,随着空位含量的减少,低价锰(Mn2+/3+)含量逐渐增多.扩展X射线吸收精细结构光谱(EXAFS)全多重散射模型拟合分析表明,不同氧化度六方水钠锰矿样品的晶体结构和Mn局域配位环境基本相同.由于空位含量和颗粒尺寸减小,从HB1到HB6的表观锰位点占有率(focc)由0.74减小至0.66.随着Mn AOS逐渐降低,Mn-Mn(O)配位壳平均键长增加.     

低分子量有机还原性物质与土壤的相互作用 Ⅱ. 低分子量有机还原性物质与土壤作用的化学反应

论述了有机还原性物质与土壤作用的吸附、氧化还原和络合反应。土壤对该类物质的吸附量达加入量的60%～75%,其中强、弱还原性有机物质各约占1/2。负电荷物质的吸附量随土壤铁、锰氧化物及其所带负电荷量而变,并表现为电性吸附。对含—COOH、—C—NOH2功能团物质的吸附佐证了固相表面存在络合作用;在氧化-还原平衡中该类物质作为电子供体还原了铁、锰而自身被氧化;络合态亚铁、亚锰的形成服从络合-离解平衡,有机配位体的数量和H+离子争夺配位体的络合基可对其产生强烈的影响。     

时间和温度对活性炭与板栗壳吸附铜锌铅镉的影响

随着工业化和城市化进程的加快,废水排放引起的水环境重金属污染问题越来越突出,去除污水中的重金属成为水环境保护的重要内容之一。本文选取活性炭与板栗壳作为吸附剂,研究在不同的时间及温度下,这2种吸附剂对废水中的Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+的吸附性能影响。研究发现,活性炭作为吸附剂时,Cu2+吸附量最大是在0.5 h时,Zn2+是在3 h时,Pb2+和Cd2+则是1 h时;用板栗壳吸附时,Cu2+和Pb2+吸附量最大在1 h,Zn2+是在1 h时,Cd2+则是0.5 h时。吸附剂为活性炭或板栗壳,温度对Zn2+的吸附率影响都不大;吸附Cu2+时,活性炭受温度的影响大于板栗壳,其吸附率随温度的升高而减小;Pb2+和Cd2+的吸附受温度影响明显,均是40℃时吸附率较高,但板栗壳>活性炭,且Cd2+>Pb2+。     

水钠锰矿提高红壤性水稻土N2O释放速率和氨氧化细菌amoA基因丰度

  【目的】  土壤中的氧化亚氮 (N₂O) 来源于硝化与反硝化作用,锰可与硝化或反硝化作用产物反应产生N₂O或氮气,已有研究表明土壤中锰含量高会影响硝化作用。因此,本试验以水钠锰矿 (KMnO₂·H₂O) 与土壤硝化作用与反硝化作用的生物化学耦合反应为切入点,研究水钠锰矿的添加对土壤N₂O释放速率及微生物的影响,进一步认识N₂O释放与土壤环境因子的相互关系。  【方法】  以红壤性水稻土为供试土壤,通过微宇宙培养试验,在土壤中添加不同质量百分比的水钠锰矿 (0%、0.1%、0.3%、0.7%、1.5%),预培养7 天后,加入硫酸铵N 100 mg/kg继续培养14天。在培养第1、3、7、14天,采用气密性注射器抽取10 mL气体样品,气相色谱仪测定N₂O含量;同时取土壤样品,比色法测定铵态氮与硝态氮含量。培养结束时,测定土壤pH,采用实时荧光定量PCR测定土壤16S rDNA与氨氧化细菌 (AOB) amoA基因拷贝数,高通量测序技术分析微生物群落组成及多样性。  【结果】  水钠锰矿提高了土壤N₂O释放速率,增加了土壤N₂O累积释放量,以添加0.1%水钠锰矿的N₂O累积释放量最高,添加1.5%的最低。土壤铵态氮含量随培养时间的延长而迅速降低,硝态氮含量则迅速增加。水钠锰矿显著提高了土壤pH与表观N₂O产量 (N₂O-N/NO₃?-N),pH随着水钠锰矿添加量的增加整体提高,N₂O-N/NO₃?-N则随着水钠锰矿添加量的增加呈降低趋势。适量水钠锰矿显著增加了土壤细菌16S rDNA与氨氧化细菌 (AOB) amoA基因拷贝数,并显著提高了土壤16S rDNA与AOB amoA基因拷贝数的比值,但随着水钠锰矿添加量的增加,细菌16S rDNA和AOB amoA基因拷贝数的增加量整体降低;放线菌、变形菌与拟杆菌是所有处理中的优势菌门,通过非度量多维尺度分析发现不同处理间的微生物群落结构差异显著,未添加水钠锰矿处理与添加水钠锰矿1.5%处理的微生物群落结构差异最大,其他处理的微生物群落结构介于两者之间。  【结论】  土壤中添加0.1%质量比的水钠锰矿,可以通过增加AOB的数量促进红壤性水稻土N₂O的释放,显著影响微生物物种丰度与群落结构。但水钠锰矿高添加量处理对AOB的刺激作用减弱,因此,应将土壤锰含量作为影响土壤N₂O释放的因素加以考虑。     

Pb<Superscript>2+</Superscript> adsorption on birnessite affected by Zn<Superscript>2+</Superscript> and Mn<Superscript>2+</Superscript> pretreatments

Purpose  

Lead contamination is ubiquitous, and much attention has been paid due to its toxicity. The phyllomanganate birnessite is the most common Mn oxide in soils. The MnO₆ octahedral layers may have significant Mn vacancies in the hexagonal birnessites. Among heavy metal ions, birnessites possess the greatest adsorption affinity and capacity for Pb²⁺. The aim of this study was to understand the relationship between vacant Mn octahedral sites and Pb²⁺ adsorption.     

A simple method to produce birnessite‐coated quartz sand

Birnessite is a highly reactive manganese oxide and common in soil. We checked the attachment of birnessite, synthesized by the reduction of permanganate by lactate, on sand‐sized quartz to produce birnessite‐coated sand (BCS). Attachment and aggregation of birnessite increased with pH and reaction time. The extent of Cu and Zn adsorption to BCS was similar to that of birnessites in previous studies. Based on these results and the stability of this BCS, it may be used in water treatment.     

Adsorption Kineties of Pb(2+) and Cu(2+) on Variable Charge Soils andMinerals V .Effects of Temperature and Ionic Strength

The study results of the effects of temperature and ionic strength on the adsorption kinetics of Pb2+ and Cu2+ by latosol, red soil and kaolinite coated with Mn oxide showed that Pbr" and Cur" adsorption by all samples, as a whole, increased with raising temperature. Temperature also increased both values of Xm (the amount of ion adsorbed at equilibrium) and k (kinetics constant) of Pb2+ and Cu2+ The activation energies of Pb2+ adsorption were kaolin-Mn>red soil>goethite and those of Cu2+ were latosol>red soil>kaolin-Mn>goethite. For a given single sample the activation energy of Cu2+ was greater than that of Pb2+. Raising ionic strength decreased the adsorption of Pb2+ and Cu2+ by latosol, red soil and kaolinite coated with Mn oxide but increased Pb2+ and Cu2+ adsorption by goethite. The contrary results could be explained by the different changes in ion forms of Pb2+ or Cu2+ and in surface charge characteristics of latosol, red soil, kaolin-Mn and goethite. Increasiclg supporting electrolyte concentration in-creased Xm and k in goethite systems but decreased and k in kaolin-Mn systems. All the timedependent data fitted the surface secondorder equation very well.]     

Comparison Between New Wild Plant Trifolium repens and Vicia faba on their Sensitivity in Detecting the Genotoxic Potential of Heavy Metal Solutions and Heavy Metal-Contaminated Soils

Water, Air, & Soil Pollution - The potential of almond shells was assessed for adsorption of heavy metal ions such as Pb2+ and Cd2+ from aqueous solution. Almond shells were pretreated...     

我国几种土壤中铁锰结核的元素组成和地球化学特点

The objective of this research was to isolate a dichlorvos （2,2-dichlorovinyl dimethyl phosphate）-degrading strain of Ochrobactrum sp., and determine its effectiveness in remediation of a dichlorvos-contaminated soil. A dichlorvos-degrading bacterium （strain DDV-1） was successfully isolated and identified as an Ochrobactrum sp. based on its 16S rDNA sequence analysis. Strain DDV-1 was able to utilize dichlorvos as a sole carbon source, and the optimal pH and temperature for its cell growth and degradation were 7.0 and 30 ℃, respectively. Also, the growth and degradation of strain DDV-1 showed the same response to dissolved oxygen. In addition, the soil degradation test indicated that in soil spiked with 100 mg L^-1 or 500 mg L^-1 dichlorvos and inoculated with 0.5% or 1.0% （v/v） strain DDV-1, complete degradation of dichlorvos could be achieved in 24 h. The present study showed that strain DDV-1 was a fast dichlorvos-degrading bacterium in soil. However, further research will be needed to clarify the degradation pathway and the properties of the key enzymes involved in its biodegradation.