低分子量有机酸对珊瑚砂风化溶解促进作用的研究

论文摘要

随着人类社会的迅速发展以及资源的大量消耗,发展与利用海洋资源已经成为众多国家重要的发展方向。中国热带珊瑚岛礁是由珊瑚砂堆积形成,具有高盐、强碱、贫瘠等独特的生态环境,不利于植物的生长与人类的定居,岛礁快速土壤化改造是构建岛礁宜居环境的关键。植物残体、植物根系以及微生物都能分泌出小分子有机酸,其在原生矿物与次生矿物的溶蚀风化过程中有着较强的促进作用。本研究中模拟了自然环境中,不同珊瑚砂粒径、不同水岩比、不同pH、不同金属阳离子的条件下对珊瑚砂Ca2+和Mg2+释放的影响。选取自然界中常见的乙酸（一元羧酸）、草酸（二元羧酸）、苹果酸（二元羧酸）、柠檬酸（多元羧酸）作为小分子有机酸的代表,研究了不同浓度的小分子有机酸对珊瑚砂风化溶蚀过程的影响,对被溶蚀后珊瑚砂的成分组成及微观结构进行了分析与观察,探讨了不同种类小分子有机酸对珊瑚砂的溶蚀过程及机理。通过不同种类、不同浓度小分子有机酸对珊瑚砂的淋溶实验,比较了不同条件下,珊瑚砂中Ca2+、Mg2+的释放速率与程度及珊瑚砂的质量损失。通过实验数据分析,主要得到如下结论:（1）随着反应时间的增加,粒径越小,水岩比越小,珊瑚砂中的Ca2+、Mg2+溶出效率逐渐升高。当pH<3时,珊瑚砂中的Ca2+、Mg2+溶出量显著升高;当pH>9时,珊瑚砂中的Ca2+、Mg2+溶出量显著降低。K+、Na+、Fe3+、Al3+都能促进珊瑚砂中Ca2+的溶出,且Fe3+、Al3+的促进作用较强。通过对珊瑚砂Ca2+、Mg2+溶出不同动力学方程的拟合发现内扩散为限定珊瑚砂溶蚀速率的主要过程。（2）柠檬酸与珊瑚砂的溶蚀过程中主要发生Ca2+、Mg2+酸碱溶出反应与Ca2+、Mg2+与柠檬酸根(AOH3-)的络合沉淀反应。柠檬酸溶液的初始pH对柠檬酸溶蚀珊瑚砂影响较大,随着pH的升高,Ca2+、Mg2+的溶出量逐渐减小。当pH<7时,Ca2+、Mg2+主要由H+与珊瑚砂酸碱反应溶出,当7≤pH≤11时主要由柠檬酸根与Ca2+、Mg2+络合促进其溶出。（3）草酸与珊瑚砂的溶蚀过程中主要发生Ca2+、Mg2+酸碱溶出反应与Ca2+被草酸沉淀固定的反应。随着草酸浓度的增加反应达到平衡的时间逐渐延长,平衡时Ca2+浓度逐渐降低,Mg2+浓度逐渐升高。高浓度的草酸抑制珊瑚砂中Ca2+的溶出。（4）乙酸和苹果酸与珊瑚砂主要发生Ca2+、Mg2+酸碱溶出反应,且随着乙酸、苹果酸浓度的升高溶出的Ca2+、Mg2+浓度也随之升高,苹果酸对珊瑚砂的溶蚀作用强于乙酸。（5）通过对不同种类、不同浓度小分子有机酸对珊瑚砂中Mg2+溶出动力学拟合发现,其符合Stumm模型,主要受扩散过程的影响。小分子有机酸优先溶蚀珊瑚砂中的镁方解石,其次为文石,最后为方解石。（6）淋溶实验发现高浓度的柠檬酸与草酸抑制了Ca2+的淋出,淋溶后珊瑚砂的质量增大。乙酸与苹果酸随着浓度的升高其对Ca2+淋出量逐渐增多。在高浓度的情况下苹果酸、乙酸、柠檬酸、草酸对Ca2+淋出量依次减小,在中低浓度的情况下柠檬酸淋溶出Ca2+的能力最强。随着小分子有机酸浓度的升高其对Mg2+的淋出量逐渐增多,在中高浓度的情况下,柠檬酸、苹果酸、乙酸、草酸淋出Mg2+的量逐渐减小,在低浓度的情况下,草酸淋出Mg2+的能力强于乙酸。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 碳酸盐岩的风化成土的作用及机理
•     1.1.1 溶蚀-残积作用
•     1.1.2 溶蚀-交代作用
•     1.1.3 外来填充作用
•   1.2 影响碳酸盐矿物风化作用的因素
•     1.2.1 气候条件对碳酸盐矿物风化作用的影响
•     1.2.2 生物对碳酸盐矿物风化的促进作用
•     1.2.3 地形对碳酸盐岩风化作用的影响
•     1.2.4 风化时间对碳酸盐矿物风化作用的影响
•     1.2.5 pH对碳酸盐矿物风化作用的影响
•   1.3 碳酸盐矿物风化对全球碳汇的作用
•   1.4 碳酸盐岩风化成土在古气候及环境重建中的应用
•   1.5 低分子量有机酸对碳酸盐岩的风化溶解作用
•   1.6 本研究的内容目的及意义
• 2.自然条件对珊瑚砂风化溶蚀的影响及其动力学
•   2.1 引言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 实验材料试剂及仪器
•     2.2.2 珊瑚砂理化性质的分析
• 2+、Mg²⁺浸出实验方法'>    2.2.3 珊瑚砂中Ca²⁺、Mg²⁺浸出实验方法
•     2.2.4 各离子浓度分析方法
•     2.2.5 数据处理方法
•   2.3 结果与分析
•     2.3.1 珊瑚砂基本性质的测定及组分分析
• 2+、Mg²⁺的影响'>    2.3.2 不同粒径对珊瑚砂溶出Ca²⁺、Mg²⁺的影响
• 2+、Mg²⁺的影响'>    2.3.3 不同水岩比对珊瑚砂溶出Ca²⁺、Mg²⁺的影响
• 2+、Mg²⁺的影响'>    2.3.4 不同pH对珊瑚砂溶出Ca²⁺、Mg²⁺的影响
• 2+、Mg²⁺的影响'>    2.3.5 不同阳离子对珊瑚砂溶出Ca²⁺、Mg²⁺的影响
•   2.4 小结
• 3 三元羧酸对珊瑚砂的溶蚀过程研究
•   3.1 引言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 实验材料试剂及仪器
•     3.2.2 不同浓度柠檬酸对珊瑚砂溶蚀动态过程
•     3.2.3 不同pH值对柠檬酸溶蚀珊瑚砂的影响
•     3.2.4 测试方法
•     3.2.5 数据处理与分析方法
•   3.3 结果与分析
•     3.3.1 柠檬酸的电离与形态
•     3.3.2 不同浓度柠檬酸对珊瑚砂溶蚀动态过程
•     3.3.3 不同初始pH值对柠檬酸溶蚀珊瑚砂的影响
•     3.3.4 珊瑚砂溶蚀后晶型和形貌的特征
•   3.4 小结
• 4 一元及二元羧酸对珊瑚砂的溶蚀过程研究
•   4.1 引言
•   4.2 实验部分
•     4.2.1 实验试剂及仪器
•     4.2.2 不同浓度草酸、乙酸、苹果酸对珊瑚砂溶蚀动态过程
•     4.2.3 测试方法
•     4.2.4 数据处理与分析方法
•   4.3 结果与分析
•     4.3.1 不同浓度草酸对珊瑚砂溶蚀动态过程
•     4.3.2 不同浓度乙酸对珊瑚砂溶蚀动态过程
•     4.3.3 不同浓度苹果酸对珊瑚砂溶蚀动态过程
•     4.3.4 珊瑚砂溶蚀后晶型和形貌的特征
• 2+溶出的动力学模拟'>    4.3.5 Mg²⁺溶出的动力学模拟
•   4.4 小结
• 5有机酸对珊瑚砂的淋溶实验
•   5.1 引言
•   5.2 实验部分
•     5.2.1 实验试剂及仪器
•     5.2.2不同浓度的柠檬酸、草酸、乙酸、苹果酸对珊瑚砂淋溶实验
•     5.2.3 测试方法
•     5.2.4 数据处理
•   5.3 结果与分析
•     5.3.1 小分子有机酸不同浓度的动态淋溶过程
•     5.3.2 不同小分子有机酸的动态淋溶比较
•     5.3.3 质量损失
•   5.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李鹏飞

导师: 王萍,刘云

关键词: 珊瑚砂,低分子量有机酸,风化,离子浓度,溶解动力学

来源: 兰州交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 兰州交通大学

分类号: P75

DOI: 10.27205/d.cnki.gltec.2019.000962

总页数: 80

文件大小: 6782K

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