绿脱石-有机酸-六价铬复杂体系中铬的还原反应及机理研究

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1、分类号密级公伃中国地质大学（北京）博士学位论文绿脱石－有机酸－六价铬复杂体系中铬的还原反应及机理研究学号：３００１１４００１１研究生．：刘晓蓋磊专业：矿物学，岩石学，矿床学研究方向：环境与生命矿物学指导教师：董海良２０１８年１２月分类号密级中国地质大学（北京）博士学位论文绿脱石-有机酸-六价铬复杂体系中铬的还原反应及机理研究学号：3001140011研究生：刘晓磊专业：矿物学，岩石学，矿床学研究方向：环境与生命矿物学指导教师：董海良2018年12月IADissertationSubmittedtoChinaUniver

2、sityofGeosciencesforDoctoralDegreeHexavalentChromiumReductionintheComplicatedSystemofNontronite-Organicacids-ChromiumandItsPossibleReactionMechanismsPh.D.Candidate:XiaoleiLiuMajor:Mineralogy,Petrology,MineraldepositgeologyStudyOrientation:EnvironmentandlifemineralogyDissertationSuper

3、visor:Prof.HailiangDongChinaUniversityofGeosciences(Beijing)II声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国地质大学（北京）或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研宂所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。２－２０１／签名：日期：＾＾关于论文使用授权的说明本人完全了解中国地质大学（北京）有关保

4、留、使用学位论文的规定，艮Ｐ：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。ｋ（公开□保密（＿＿年）保密的论文在解密后应遵守此规定（）Ｕ－：：＞签名导师签名曰期：２Ｘ！＾ｌＳ中文摘要重金属铬污染是土壤及水体环境中常见的一种污染物。铬元素的迁移性、生物毒性与其元素价态密切相关，因而铬元素在自然环境中的迁移转化规律受到人们的广泛关注。前人研究表明，铁元素如溶解态亚铁、零价铁、含铁矿物如黄铁矿、粘土矿物等在铬元素循环转化及铬污染治理工程中均发挥着重要作用。而土壤和沉积

5、物中普遍存在的粘土矿物，其含铁总量占土壤/沉积物含铁总量的50%左右，且矿物中结构铁可被还原，具有较高的反应活性，可对环境中多种重金属如铬、铀的转化产生影响。目前粘土矿物单独与铬相互作用及反应机理的研究报道较多，但是自然环境中往往存在多种环境因子如有机质、微生物等，在多种环境因子共存的体系中铬的还原反应及机理的研究报道甚少且多集中于酸性条件。本文在近中性条件下，利用富铁粘土矿物绿脱石与六价铬相互反应，并通过向反应体系中添加多种环境中常见的小分子有机酸来研究有机酸对绿脱石中结构亚铁还原六价铬的影响。通过系统的研究分析，取得如下创新性成果：1）不同低分子量有机酸对绿

6、脱石中结构亚铁还原六价铬的反应速率的影响不同。如柠檬酸抑制体系中铬还原速率，这一结果不同于柠檬酸对溶解态亚铁或黄铁矿还原六价铬的影响；酒石酸和苹果酸等则会促进体系中铬还原速率；2）含有α-羟基/羰基的有机酸在还原态绿脱石-有机酸-六价铬共存的体系中，可提供电子来还原体系中六价铬，而这些有机酸在单独存在或氧化态绿脱石存在的条件下，不能提供电子用于还原六价铬；3）首次在透射电镜下直接观察到绿脱石中结构亚铁单独还原六价铬的产物为三价铬氧化物/氢氧化物纳米颗粒，均匀分布在矿物表面或边缘区域。而绿脱石-有机酸-六价铬共存体系中六价铬还原产物的赋存形式与有机酸种类密切相关。

7、如当体系中存在柠檬酸、酒石酸、苹果酸等时，铬的还原产物为可溶性有机络合态三价铬，而在其他有机酸如丙酸、琥珀酸等存在时，铬的还原产物以固相三价铬氧化物/氢氧化物存在。本论文表明在富有机质环境中，利用含铁粘土矿物为载体治理铬污染过程中需考虑有机质对六价铬的还原速率、还原总量及还原产物的影响。关键词：绿脱石，低分子量有机酸，铬还原反应，有机络合态三价铬IVAbstractChromiumisacommonpollutantinnaturalsoilandgroundwaterenvironments.Themobilityandtoxicityofchromiumar

8、ecloselyrela