长石矿物表面溶解及其与重金属元素相互作用机制研究

Feldspar minerals are the most widely distributed silicate minerals in the crust, and are also important minerals in soils and sediments. Since eroded by environmental medium and other factors, the surface dissolution of feldspar minerals in nature will take place to some extent, accompanying with the release of surface elements and the change of surface structure. Meanwhile, the surface/interface reaction between heavy metals and feldspar mineral is also a significant process in soils and sediments. There should be a certain degree of mutual restraint between the two kind of reactions. In this research, the surface dissolution of feldspar minerals and its interaction mechanism with heavy metals will be systematically studied. Combined with the experiments on feldspar dissolution and heavy metal ions adsorption and microscopic characterization methods, such as XPS, EPR, NMR etc., the effects of chemical composition, surface structure and solution characteristics on the release of surface elements and its microscopic mechanism will be explored. Furthermore, the microscopic structural characteristics and formation mechanism of the secondary products on feldspar surface will be investigated. The mutual restraint relationship between the dissolution of feldspar minerals and the merging of heavy metals on the surface secondary products will be discussed. The coupling mechanism between surface dissolution and heavy metals complexation will be further clear cut. Consequently, it will provide not only some deep-seated information on the elemental geochemical behaviors of the feldspar minerals system in the rocks, soils and sediments, but also a theoretical basis for the objective evaluation of the environmental effects of feldspar minerals in the soils and sediments.

长石矿物是地壳中分布最广泛的一类硅酸盐矿物，也是土壤和沉积物的重要组成矿物。自然界中的长石矿物在受到环境介质侵蚀等因素的影响，其表面都将发生不同程度的溶解反应，伴随元素的溶出和表面结构的改变；同时，重金属元素在长石矿物表/界面的富集与迁移也是土壤和沉积物中重要的表/界面作用过程。这两种反应之间存在着一定的相互制约关系。本项目拟系统开展长石矿物表面溶解及其与重金属元素相互作用机制的研究。以长石矿物表面溶解及重金属吸附实验与XPS、EPR、NMR等分析手段相结合，探究长石矿物化学组成、表面结构和溶液条件对其表面元素溶出的影响及微观机制，考察长石矿物表面次生产物的微观结构特征和形成机理，探讨矿物表面溶解和重金属归并之间的相互制约关系，并进一步明确两者的耦合机制，为岩石、土壤和沉积物中长石矿物体系的元素地球化学行为提供深层次信息，同时为客观评价土壤和沉积物中长石矿物的环境效应提供一定的理论依据。

长石矿物是地壳中分布最广泛的一类硅酸盐矿物，也是土壤和沉积物的重要组成矿物。SiO2矿物是最简单的具架状结构的硅氧化物矿物，其结构和性质与长石矿物有一定的关联和相似性。SiO2矿物和长石矿物在受到环境介质侵蚀等因素的影响，其表面都将发生不同程度的溶解反应，伴随元素的溶出和表面结构的改变；同时，重金属元素在长石矿物表/界面的富集与迁移也是土壤和沉积物中重要的表/界面作用过程。这两种反应之间存在着一定的相互制约关系。本项目系统开展了SiO2矿物和长石矿物表面溶解及其重金属元素相互作用的研究。深入探究了SiO2矿物在不同性质溶液中的溶解、吸附行为，考察了其在不同溶液中的溶解、吸附特征和规律，测定了溶液浓度-硅溶出量关系、相应的溶解动力学曲线、不同pH和温度条件下的等温吸附曲线，并对溶解、吸附后样品的表面成分和结构进行了XPS、EPR、HR-TEM等分析，探讨了同质多像体矿物表面差异对其表面溶解、吸附行为的影响。开展SiO2矿物的溶解、吸附行为研究为更好地认识长石矿物的溶解-表面吸附协同作用等提供了一定的理论参考。进而以长石矿物表面溶解实验及重金属吸附实验与XPS、EPR、NMR等分析手段相结合，探究了长石矿物表面结构和溶液条件对其表面元素溶出的影响及微观机制，考察了长石矿物表面次生产物的微观结构特征和形成机理，探讨矿物表面溶解和重金属归并之间的相互制约关系，并进一步明确了两者的耦合机制。通过研究，进一步为岩石、土壤和沉积物中SiO2矿物、长石矿物体系的元素地球化学行为提供深层次信息，同时为客观评价土壤和沉积物中SiO2矿物、长石矿物的环境效应提供了一定的理论参考。