厌氧微生物还原分解磁性铁氧化物的过程和机制研究

摘要

利用合成针铁矿在实验室条件下通过煅烧方法制备了不同比表面积的纳米多孔磁铁矿和磁赤铁矿，针对两种矿物开展了如下研究:低温无水条件下纳米多孔磁铁矿的相变过程及影响因素;阴离子吸附对矿物磁性的影响;厌氧微生物（产甲烷菌和硫酸盐还原菌）作用下磁铁矿分解的过程和机理。初步获得以下结果:　　磁铁矿在低温(70℃)空气条件下快速向磁赤铁矿转化，反应52 d后转化达到平衡，实验结束后(70 d)矿物中Fe2+/总铁比初始值降低约26％;随转化的进行矿物样品总体积增大、结晶颗粒减小;样品的磁化率及频率磁化率随矿物的转化逐渐降低。实验结果可为自然燃烧作用生成磁赤铁矿提供合理解释:燃烧阶段生成纳米磁铁矿，降温阶段磁铁矿转化为磁赤铁矿。　　不同种类的阴离子对磁铁矿和磁赤铁矿的磁性影响不同。所有的吸附阴离子均会导致磁铁矿的磁化率降低，降低程度为:CO32-＞PO43-＞Cl-＞H2O＞SO42-;吸附阴离子对磁赤铁矿磁化率的影响为:SO42-与Cl增强且前者增强的程度大于后者，CO32-和PO43-降低且前者降低的程度大于后者。实验结果可用晶体场理论进行解释:吸附离子改变了矿物表面Fe离子的配位状态，进而改变了Fe离子d壳层电子的自旋状态和宏观上的磁化率。　　产甲烷菌实验体系中，微生物作用导致磁铁矿的磁性发生变化:磁化率开始迅速增大，随后缓慢下降，最终趋于稳定;矿物粒径越小，磁化率变化幅度越大（最高接近10％）。添加磁铁矿后体系中矿物粒径越小，CO2产量越大，对CH4则相反，表明磁铁矿对体系中微生物的活性有强化作用，但对不同的微生物强化机制有差异。　　磁铁矿与硫酸盐还原菌实验体系中，微生物作用也导致了磁铁矿磁性变化。磁化率在前6d时迅速降低最终趋于稳定。且矿物粒径越小，磁化率降低越多(最高接近6％)。添加磁铁矿后体系中矿物粒径越小，CO2产量越大，对H2S则相反，表明硫酸盐还原菌微生物对磁铁矿的磁性有影响，磁铁矿对体系中微生物的活性也有强化作用。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 磁性铁氧化物概述

1．2 磁性铁氧化物的矿物学特征

1．2．1 磁铁矿的矿物学特征

1．2．2 磁赤铁矿的矿物学特征

1．3 磁性铁氧化物的成因和用途

1．3．1 磁铁矿的成因和用途

1．3．2 磁赤铁矿的成因和用途

1．4 磁性铁氧化物的稳定性

1．5 磁性铁氧化物在环境中作用研究进展

1．5．1 国外磁性铁氧化物研究进展

1．5．2 国内磁性铁氧化物研究进展

1．6 问题的提出及研究的意义

第二章 煅烧制备纳米磁铁矿和磁赤铁矿

2．1 磁铁矿和磁赤铁矿的制备

2．2 实验主要材料，仪器与方法

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 制备方法

2．2．4 分析测试

第三章 空气条件下磁铁矿氧化过程研究

3．1 空气条件下对磁铁矿磁学性质的影响

3．1．1 材料与方法

3．2 70℃实验结果

3．2．1 实验中磁铁矿的物相及其变化

3．2．2 实验的磁铁矿磁化率变化

3．2．3 试验中磁铁矿的Fe2+含量变化

3．2．4 实验中磁铁矿的比表面积变化

3．3 实验讨论

3．3．1 磁赤铁矿的生成机制和制约因素

3．4 实验小结

3．5 常温下实验结果

3．5．1 实验中磁铁矿的物相及其变化

3．6．2 实验中磁铁矿的磁化率变化情况

3．6．3 实验中磁铁矿的亚铁含量变化情况

3．7 实验小结

第四章 阴离子对磁性铁氧化物磁学性质的影响

4．1 不同阴离子对磁铁矿和磁赤铁矿磁化率的影响

4．1．1 材料与方法

4．1．2 实验仪器

4．2 结果

4．2．1 不同阴离子对磁赤铁矿的磁化率影响

4．2．2 不同阴离子对磁铁矿(Mt)和天然磁铁矿的磁化率影响

4．2．3 水化作用对磁铁矿磁化率的影响

4．3 讨论

4．3．1 反应结束对物质做物相表征

4．3．2 水化作用和阴离子影响矿物磁化率的机制

4．4 结论

第五章 产甲烷菌还原分解磁铁矿的过程和机制

5．1 实验材料，仪器与方法

5．1．1 实验材料

5．1．2 实验方法

5．1．3 实验仪器

5．2 结果

5．2．1 磁铁矿与产甲烷菌作用对其磁化率变化的影响

5．2．2 磁铁矿与产甲烷菌作用对产气变化的影响

5．3 小结

第六章 硫酸盐还原菌还原分解磁铁矿的过程和机制

6．1 实验材料与方法

6．2 实验结果

6．2．1 SRB对不同粒径的磁铁矿磁化率影响

6．2．2 磁铁矿与SRB作用对产气的影响

6．3 讨论

6．4 小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士期间研究成果