优秀研究生学位论文题录展示

磁性矿物的模拟合成与交叉科学问题研究

专 业: 无机化学
关键词: 磁铁矿 磁赤铁矿 磁场 模拟合成
分类号: TF521.1
形 态: 共 119 页 约 77,945 个字 约 3.728 M内容
阅 读: 全文阅读说明

内容摘要


含铁矿物在地球、火星上分布十分广泛,因此含铁矿物的实验室模拟合成以及稳定性等问题的研究对于阐明地球、火星早期的气候特征和演化过程有着重要的意义。

在本论文中,我们选取了具有重要地质学意义的铁一硫体系矿物,研究了外加磁场对胶黄铁矿向热力学稳定相矿物转化的影响特征,发现磁场能加速亚稳相胶黄铁矿向热力学稳定相的转化,表明磁场对磁性矿物的生长有显著的影响。

在此基础上,研究了外加磁场对磁铁矿和磁赤铁矿纳米粒子的成核、生长以及组装行为的影响。

探索发现,火星表面存在大量的灰色赤铁矿,它被认为是火星曾经存在液态水的证据。

合成化学的知识告诉我们,很多物质的形成条件并不是唯一的,人们已经发现火星大气和地球大气组成有很大区别,95%以上是CO<,2>,我们认为这可能是有机物彻底氧化的产物,那么可以进一步推测早期的火星曾经存在有机物的海洋。

因地球曾经大量喷发过甲烷,这一过程在火星上也可能发生过,甲烷氧化可以生成甲醇、甲醛、甲酸,最后彻底氧化变成CO<,2>。

在此分析基础上,我们在甲醇热液体系中开展了合成赤铁矿的研究,根据实验结果首次提出了“火星可能曾经存在有机物的海洋”的新观点。

富含橄榄石的玄武岩的实验室模拟风化研究进一步验证了我们的观点。

详细内容归纳如下:1.在FeCl<,3>-CH<,4>N<,2>S和FeCl<,2>-CH<,4>N<,2>S两种反应体系中研究了磁场对亚稳相胶黄铁矿向热力学稳定相矿物的转化过程的影响。

实验结果表明0.2-0.4 T的外加磁场提高了转化速率,转化速率提高的程度依赖于所加磁场的磁场强度,随磁场强度的增加而增加。

例如在FeCl<,3>-CH<,4>N<,2>S体系中反应进行12小时后,无磁、0.2 T、0.4 T外加磁场的反应速率分别为3.69×10<-4>,4.22×10<-4>,4.99×10<-4>/S.Nd-Fe-B永磁铁产生的不均匀磁场能诱导溶液产生对流,从而促进了胶黄铁矿的溶解以及稳定相的结晶成核和生长的质量传输过程。

基于实验的结果,我们推测地磁场可能对地球上原生磁性矿物的形成和演化产生过重要影响。

2.以摩尔盐,柠檬酸三钠,PVP为原料,在温度为180℃时通过一个简单的低温水热方法制备出高产量的单晶磁铁矿纳米线。

室温下测得样品的饱和磁化强度Ms和矫顽力Hc分别为69.6emu/g和97Oe,低于通常报道的块状样品的相应值,这可能与磁铁矿纳米线的形状各向异性和纳米尺寸有关。

在单晶磁铁矿纳米线的形成过程中,柠檬酸盐起着非常重要的作用。

一方面,柠檬酸盐和金属离子之间强的配位作用降低了溶液中自由Fe<2+>离子的浓度,使得反应能够更加缓慢的进行,晶粒得以取向生长。

另一方面,柠檬酸盐吸附在晶体的表面,使得晶粒沿一个方向择优生长。

这种方法不需要外加模板、前驱物、外加磁场的诱导,从而为大规模制备磁铁矿纳米线提供了一个简单、经济的方法。

3.研究了0.2-0.4 T外磁场诱导下新颖的多磁畴的磁赤铁矿核桃球超结构由米粒形基本粒子构成的成核、生长及自组装行为。

0.2-0.3 T的外磁场能诱导多磁畴的核桃球超结构在三维空间的组装,形成圆筒状或者长方体三维有序结构。

实验结果表明米粒形基本粒子之间强的表面相互作用力促使粒子首先聚集成类似核桃一样的球,随后在磁场的诱导下组装成三维有序纳米结构。

当磁场强度增加到0.4 T时,核桃球超结构在没有完全形成之前就被磁场诱导沿磁力线方向排列,形成高度有序的一维链状结构。

表明磁场强度达0.4 T时,磁场与米粒形基本粒子之间的相互作用力要大于粒子之间的表面相互作用,阻止了核桃球形超结构的形成。

磁场下磁性纳米粒子的组装有希望成为制备高度有序的纳米结构的新方法,具体的组装结构类型取决于参与组装粒子的磁畴结构和外磁场的大小。

同时该实验结果也给我们提供了一个直观的途径来认识磁场与磁性纳米粒子相互作用的特征。

4.现在的火星大气中含有95%的CO<,2>,我们猜想可能是有机物彻底氧化后形成的。

研究报道甲烷有可能是地球早期的温室气体。

在火星的早期,它与地球十分相似,那么早期的火星大气中也可能存在大量的甲烷。

甲烷的氧化和光化学反应得到不同程度氧化的有机物,如甲醇、甲醛等,在特定的温度和压力条件下火星上可能存在有机物如甲醇的海洋。

事实上,在火星的大气中已经检测到甲烷和甲醛的存在。

基于上述分析,我们开展了在甲醇的热液体系中合成赤铁矿的研究。

以无水FeCl<,3>为原料在甲醇环境中模拟合成了灰色的赤铁矿,反射谱也与所报道的灰色赤铁矿类似,通过深入分析有关结果和火星大气的演化历史,我们提出了“火星曾经存在有机物的海洋”的观点。

为了进一步验证我们的观点,也为了探究火星表面探测到的大面积橄榄石的风化规律,在80-160℃温度条件下,我们继续在甲醇热液体系中开展了富含橄榄石的玄武岩的实验室模拟风化研究。

研究结果表明在甲醇热液体系中橄榄石以物理风化作用为主,没有化学风化发生,而橄榄石在有水的环境中会被彻底的风化。

该实验结果进一步验证了我们曾经提出的“火星表面曾经存在有机物的海洋”这个观点。

预示着至少在橄榄石形成之后,火星的表面不再有过大量的液态水..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
第二章 含铁矿物概述与火星探索之路
2.1矿物的概念
2.2含铁的矿物简介
2.2.1铁的氧化物矿物
2.2.2铁的氢氧化物矿物
2.2.3铁的硫化物矿物
2.2.4铁的硅酸盐矿物
2.3矿物的表征
2.3.1鉴定和研究矿物的化学方法
2.3.2鉴定和研究矿物的物理方法
2.3.3鉴定和研究矿物的物理—化学方法
2.4矿物的磁学分类
2.5磁场对化学反应的影响
2.5.1磁场可以影响溶液的结晶过程
2.5.2磁场对电化学反应的影响
2.5.3磁场对金属材料热加工的影响
2.5.4磁场对产物进行选择性合成
2.5.5磁场对产物形貌的影响
2.6火星探索之路
2.6.1火星简介
2.6.2火星探索之路
参考文献
第三章 磁场对胶黄铁矿向二硫化铁转变的影响
3.1引言
3.2实验过程与表征方法
3.2.1 FeCl3-CH4N2S体系实验过程与表征方法
3.2.2 FeCl2-CH4N2S体系实验过程与表征方法
3.3结果部分
3.3.1 FeCl3-CH4N2S体系实验结果
3.3.2 FeCl2-CH4N2S体系实验结果
3.4讨论部分
3.4.1 FeCl3-CH4N2S体系讨论部分
3.4.2 FeCl2-CH4N2S体系讨论部分
3.4.3磁场对反应的影响
3.5地质学意义
3.6结论
参考文献
第四章 磁铁矿和磁赤铁矿纳米粒子的合成及磁场诱导组装
4.1磁性纳米材料的性质与应用
4.2制备磁铁矿纳米线的一种简单实用的方法
4.2.1引言
4.2.2实验过程与表征方法
4.2.3实验结果与讨论
4.2.4结论
4.3磁场诱导下磁赤铁矿核桃球超结构的二次自组装
4.3.1引言
4.3.2实验过程与表征方法
4.3.3实验结果与讨论
4.3.4结论
4.4本章小结
参考文献
第五章 火星表面矿物形成机理的实验室模拟研究
5.1引言
5.2灰色赤铁矿的模拟合成:火星早期可能存在有机物的海洋
5.2.1引言
5.2.2实验过程与表征方法
5.2.3实验结果与讨论
5.2.4结论
5.3富含橄榄石的玄武岩在甲醇热液中的实验室模拟风化:其对火星早期气候的启示
5.3.1引言
5.3.2实验部分
5.3.3结果与讨论
5.3.4结论
5.4本章小结
参考文献

相似论文

  1. 高炉块状带炉料抗压强度模拟研究,76页,TF52
  2. 重钢高炉炉料结构优化研究,57页,TF52
  3. 宝钢低成本烧结配矿新技术的基础研究,132页,TF52
  4. 鞍钢高炉炉料结构的分析与对策研究,35页,TF52
  5. 链篦机—回转窑专家系统应用研究,71页,TF52 TP182
  6. 弱磁性铁矿石脱磷工艺及理论,97页,TF521
  7. 铁矿石还原生产碳化铁的基础研究,77页,TF521
  8. X射线荧光光谱分析仪在铁矿石检测中的应用研究,73页,TF521
  9. 烧结用铁矿石微观特性及粉/核高温结合性的研究,138页,TF521
  10. 配加赤铁矿竖炉生产含MgO球团矿的基础研究,50页,TF521
  11. 重钢铁矿石冶金性能及合理经济配矿的研究,109页,TF521
  12. 酒钢黑鹰山铁矿石的综合利用研究,95页,TF521
  13. 首钢高铁份、低SiO〈,2〉烧结矿的开发与研究,113页,TF521
  14. 新钢高炉合理炉料结构研究,68页,TF521
  15. 基于巴西铁矿的烧结基础性能研究,58页,TF521 TF046.4
  16. 包钢铁矿石原料的战略问题研究,73页,TF521 F426.31
  17. 中国铁矿石需求预测与开发战略研究,62页,TF521 F426.31
  18. 我国进口矿石物流系统优化研究,68页,TF521 F426.31 F253.9
  19. 梅钢进口矿江海运输成本分析及优化,50页,TF521 F764.2 F752.65
  20. 包头矿中砷、锑、铋、锡、铅的测定,47页,TF521 O657.31
中图分类: > TF521.1 > 工业技术 > 冶金工业 > 炼铁 > 原材料 > 铁矿石

© 2012 book.hzu.edu.cn