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酸性水钠锰矿层内主要是Mn4+,Mn3+主要存在于空位上下方。对酸性水钠锰矿掺钴的研究表明,钴主要以Co3+的形式通过替代Mn4+存在于锰氧八面体层内,并导致吸附与氧化能力的增加。碱性水钠锰矿是在碱性条件下合成的水钠锰矿,它一条Mn(III)O6八面体链和两条Mn(IV)O6八面体链交替排列成层,并因Mn(III)取代Mn(IV)产生的Jahn-Teller畸变使其对称型由六方偏离至三斜对称。矿物中,Mn4+与Mn3+都存在于层内。因此,由于矿物中Mn3+位置与酸性水钠锰矿有所不同,钴在碱性水钠锰矿中主要会替代Mn4+还是Mn3+并不清楚,这对矿物结构和物理化学性质的影响可能与酸性水钠锰矿的Co3+替代是不同的。为此,本文在通氧氧化氯化锰的过程中添加氯化钴与氯化镍,常压条件下一步合成掺杂碱性水钠锰矿。应用粉晶X射线衍射、化学分析、场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征产物晶体结构、化学组成和微观形貌。并通过铅、锌吸附与砷氧化研究其吸附和氧化特性。主要结果有: 1.在常温常压条件下,钴的掺入量能够达到20%。镍在合成过程中容易出现杂质,将合成环境通过冰浴控制在低温,并逐滴加入氢氧化钠,可以避免杂质的生成,最后合成的掺镍的能达到10%。 2.X射线衍射等结构分析表明,掺杂后碱性水钠锰矿的层状结构没有改变,但结晶度减弱,颗粒尺寸逐渐减小,并有团聚作用。尺寸的变化造成比表面的增加,而团聚作用会一定程度上造成比表面的减小。掺钴或者掺镍都导致锰氧化度的增加。钴主要以Co3+的形式通过替代Mn3+存在于层内,也有一部分钴以Co2+的形式存在于矿物表面;相对于钴,镍更多的存在于表面。 3.Rietveld结构分析表明,钴或镍掺杂会引起三斜水钠锰矿晶胞参数、晶胞体积和晶体密度等的变化。钴掺杂水钠锰矿晶胞参数a和b均逐渐减小,晶胞参数c先减小,然后随钴含量的增加而增加。钴掺杂水钠锰矿三晶轴正端之间的夹角α角增大,而β角和γ角分别减小.随着钴含量的增加,晶胞体积逐渐减小,晶体密度则显著增加,由Co0的3.286g/cm3增加到Co20的3.741g/cm3。镍掺杂三斜水钠锰矿晶胞参数a,b和c变化不大。三晶轴之间夹角α,β基本无变化,而γ角略有减小。样品晶胞体积无明显变化。随着Ni含量的增加,所得样品晶体密度显著增加。 4.XPS分析表明,掺入的钴和镍分别主要是以+3价和+2价形式存在于矿物中。Mn2p3/2多峰拟合分析表明,样品表面高价锰含量逐渐增多。O1s分析表明,掺杂使矿物表面羟基含量逐渐增加。 5.随着掺入量的增加,样品对铅、锌吸附与对砷氧化能力都有明显的提高。