不同环境条件下Mn(Ⅱ)在磁铁矿表面的催化氧化

秦张杰; 胡康生; 梁丰; 冯雄汉; 张嵚; 何小林; 兰帅

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不同环境条件下Mn(Ⅱ)在磁铁矿表面的催化氧化

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【目的】土壤中活性很强的铁和锰变价元素在水旱交替的环境下易形成不同的铁锰共生体,进而参与有机质氧化降解和污染金属离子形态及毒性变化等反应。其中锰在土壤溶液中主要以离子态Mn(Ⅱ)存在,其常在铁氧化物表面氧化沉淀,形成不同的铁锰共生体。磁铁矿是土壤中广泛存在的一种铁氧化物,但关于Mn(Ⅱ)在其表面的催化氧化途径与机制鲜少报道。【方法】以磁铁矿为研究对象,采用动力学氧化实验和长期老化实验,并结合X-射线衍射(XRD)光谱技术手段,阐述了不同环境中磁铁矿催化作用下Mn(Ⅱ)的氧化产物数量及类型,同时将其与具备不同带隙能的水铁矿和针铁矿的催化作用进行比较,探讨磁铁矿对Mn(Ⅱ)氧化的催化特性与两者的异同,进而阐明磁铁矿催化Mn(Ⅱ)氧化的途径和具体机制。【结果】Mn(Ⅱ)在磁铁矿催化作用下的主要产物为水锰矿和布塞尔矿,且腐殖质AQDS的加入可同时显著提高Mn(Ⅱ)氧化的速率和程度。其次,相较于Mn(Ⅱ)初始反应浓度为8 mmol/L的体系,Mn(Ⅱ)初始反应浓度增大到24 mmol/L时,其氧化产物的量增多,结晶度增强,尤其是含Mn(Ⅳ)的氧化物。另外,当pH由7增大到9,体系Mn(Ⅱ)的去除率显著增大,且产物除了布塞尔矿和水锰矿外还出现了大量的黑锰矿。最后,相较于60℃反应条件,常温反应温度更利于Mn(Ⅱ)催化氧化速率的提高、锰氧化物产量的增多和结晶的增强。【结论】Mn(Ⅱ)在磁铁矿表面的催化氧化应该具有界面催化、电化学催化和芬顿反应产物氧化催化3个途径。磁铁矿同时含有的Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)及其较强的半导体特性会使3个途径的实现都更加容易。上述结论为了解和预测富铁锰土壤环境下两者耦合的地球化学行为,以及与之共存物质的迁移转化和环境归趋奠定理论基础。

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来源
《江西农业大学学报》 |2022年第4期|1044-1056|共13页
作者
秦张杰; 胡康生; 梁丰; 冯雄汉; 张嵚; 何小林; 兰帅;
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作者单位

江西农业大学国土资源与环境学院/江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室;

华中农业大学资源与环境学院;

江西省农业技术推广中心;

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正文语种 chi
中图分类环境污染防治方法与设备;
关键词
磁铁矿; Mn(Ⅱ); 催化氧化; AQDS; pH; 温度;

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