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土壤铁锰结核对Cr（Ⅲ）的氧化及其影响因素的研究

作　者: 刘桂秋
导　师: 刘凡
学　校: 华中农业大学
专　业: 环境工程
关键词: 铁锰结核 Cr(Ⅲ) 氧化吸附动力学
分类号: X14
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

以我国桂阳红壤、武汉黄棕壤、枣阳黄褐土和临沂砂姜黑土中的铁锰结核（N1-1、N2-1、N4-1和N5-1）及合成的氧化锰矿物为材料，采用化学选择溶提和流动动力学技术等方法，对Cr（Ⅲ）的氧化特性，以及pH、离子强度、温度、几种吸附态离子和有机酸等因素对Cr（Ⅲ）氧化的影响进行了研究，主要结果有： 1．供试样对Cr（Ⅲ）的最大氧化量（mmol/kg）顺序为：N1-1（64.9）＞N4-1（62.4）＞N2-1（60.0）＞N5-1（32.4）。换算成单位重量氧化锰对Cr（Ⅲ）的氧化量，则其大小顺序为：N4-1＞N2-1＞N1-1＞N5-1，这与供试样中锰矿物的类型、结晶程度和高价态锰的含量不同等有关。由N1-1号样是以锂硬锰矿、N2-1与N4-1号样是以钠水锰矿／锂硬锰矿组合、N5-1号样是以钙锰矿／锂硬锰矿组合为主，表明钠水锰矿对Cr（Ⅲ）的氧化能力最大，其次为锂硬锰矿，钙锰矿的最小。还原释放的Mn²⁺的顺序为N2-1＞N4-1＞N5-1＞N1-1。 2．供试样对Cr（Ⅲ）的氧化和锰的还原释放反应均能用权函数方程、抛物线方程、Elvoch方程及一级方程拟合，并以权函数方程拟合效果最好。表明氧化锰与Cr（Ⅲ）的反应过程受Cr（Ⅲ）和Mn²⁺的扩散、氧化锰表面覆盖度等因素影响。由拟合权函数的A和K值表明其反应先快后慢，且锰矿物类型不同，反应速率有差异。N2-1号样氧化Cr（Ⅲ）的速率最大，N5-1号样最小。Mn²⁺的释放，以N2-1号样的速率最大，N4-1号样最小。 3．在pH2～6范围内，Cr（Ⅲ）的氧化量和Mn²⁺的释放量随pH的升高而降低，且低pH时的降低幅度要明显大于高pH，锰释放的降低幅度明显高于Cr（Ⅲ）氧化下降的幅度。这是因为H⁺参与了反应，以及在低pH时，氧化锰表面和Cr（Ⅲ）具有更大的活性等所致。Cr（Ⅲ）的氧化量的降幅以N4-1号样最大，N5-1号样最小。Mn²⁺的释放量的降幅以N2-1号样最大，N5-1号样最小。 4．Cr（Ⅲ）的氧化量和Mn²⁺的释放量随反应体系的离子强度的增加而增加。这是由于电解质浓度的增加，氧化锰表面双电层被压缩，使其表面对Cr（Ⅲ）吸附的能障降低所致。 5．Cr（Ⅲ）的氧化量和氧化速率随着反应体系温度的升高而增加，且高温时Cr（Ⅲ）氧化量的增幅大于低温时的，表明此反应为吸热过程。由Cr（Ⅲ）氧化反应的活化能的特性，表明扩散过程是其反应的控制步。 6.供试样吸附P、Cd离子后对其氧化Cr（III）的影响较小，Cr（m）的氧化百分率在90%一100%之间。而随Pb2+吸附量的增加，Cr（m）的氧化百分率急剧降低，其降低幅度顺序为N4一1>NZ一1>NS一l。当NZ一1加4一1号样的Pb2+吸附量大于100 rnmol瓜g、NS一1号样大于200mmol瓜g后，Cr（111）的氧化百分率受pbZ+吸附的影响很小，而逐渐趋于平衡。其原因与Pb优先占据了氧化锰表面的高活性位点有关。供试样吸附PbZ十后，对Cr（m）的氧化及M扩‘的释放平衡时间延长。 7.几种有机酸对供试样中Mn的溶出量顺序:柠檬酸>酒石酸>苯酚:试样经柠檬酸、酒石酸和苯酚预处理后，对Cr（m）的氧化作用降低，影响其降低作用的大小顺序为酒石酸>柠檬酸>苯酚，而乙酸不降低Cr（m）的氧化量，这与氧化锰氧化有机酸的作用大小顺序酒石酸>柠檬酸>苯酚和有机酸对Mn2+络合作用的大小顺序柠檬酸>酒石酸>苯酚有关。

全文目录

摘要  4-6
Ⅰ 前言  6-11
  一、氧化锰的氧化机理及反应动力学  7-8
  二、影响反应的因素  8-10
    (一) 氧化锰表面性质对其氧化反应特性的影响  8
    (二) 氧化锰表面的包膜对其氧化反应特性的影响  8-9
    (三) pH对氧化锰氧化反应特性的影响  9
    (四) 温度与其他共存离子对氧化锰氧化反应特性的影响  9-10
  三、有机酸对土壤中锰元素的活化作用  10-11
Ⅱ 实验材料与研究方法  11-15
  一、实验材料  11-12
  二、研究方法  12-15
Ⅲ 结果分析与讨论  15-47
  一、供试结核的矿物组成和铁锰元素的含量  15-17
  二、供试样的氧化特性  17-20
    (一) 供试样对Cr(Ⅲ)的氧化  17-19
    (二) 供试样中锰的还原和释放  19-20
  三、反应动力学  20-24
  四、影响供试样氧化Cr(Ⅲ)的几个因素  24-43
    (一) pH对供试样氧化Cr(Ⅲ)的影响  24-27
    (二) 离子强度对供试样氧化Cr(Ⅲ)的影响  27-29
    (三) 温度对Cr(Ⅲ)氧化的影响  29-35
      1 温度对Cr(Ⅲ)的氧化量和锰的还原量的影响  29-31
      2 温度对供试样氧化Cr(Ⅲ)的动力学影响  31-35
    (四) 离子吸附对供试样氧化Cr(Ⅲ)的影响  35-41
      1 Pb、Cd、P的吸附对供试样氧化Cr(Ⅲ)的影响  35-40
      2 Pb吸附对供试样氧化Cr(Ⅲ)随时间变化的影响  40-41
    (五) 有机酸对供试样氧化Cr(Ⅲ)的影响  41-43
      1 有机酸(酚)对供试样的作用  41-42
      2 有机酸(酚)对供试样氧化Cr(Ⅲ)的影响  42-43
  五、小结  43-44
  六、讨论  44-47
参考文献  47-52
英文摘要  52-54
致谢  54

土壤铁锰结核对Cr（Ⅲ）的氧化及其影响因素的研究

内容摘要

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