金属元素Ni和V吸附作用对胡敏素结构的影响

贵州下寒武统牛蹄塘组黑色页岩富集了以Ni、V为主的伴生元素,并且富有机质,目前金属元素Ni、V与有机质的共富集机制尚不清楚,但有机质在金属离子的富集、迁移和转化的过程中具有重要作用.探究金属元素作用对有机质结构的影响有助于准确地认识有机质和金属元素的共富集机制.本文以胡敏素为研究对象,分别与Ni、V两种金属标准溶液混合后恒温振荡,通过元素组成、X射线光电子能谱(XPS)和固体核磁共振碳谱(13C-NMR)由表到里揭示金属溶液作用前后胡敏素结构的变化特征.结果表明:胡敏素的元素组成以C、O为主,Ni、V两种金属溶液作用后,均造成胡敏素中O和S元素的相对含量减少,C和N元素的相对含量增加.XPS测试显示,胡敏素表面的C元素主要以芳香碳形态赋存,O元素则主要以羟基氧形态赋存;对于不同赋存形态的C元素,Ni、V金属溶液作用后对其影响趋势一致,均使芳香碳、羟基碳和羰基碳减少,主要破坏芳香碳(C—C/C—H)单键;而对于不同赋存形态的O元素,Ni金属溶液作用后则使羟基氧和羧基氧减少,使其中的富氢富氧官能团脱出,V金属溶液作用后则使羰基氧和羧基氧减少,破坏其中的羰基双键(C=O).13C-NMR测试显示,作用前后的胡敏素有机质芳香结构主要以单环或者双环结构存在,两种金属溶液均能使氧接芳碳(fPar)和桥接芳碳(fBar)中的富氧富氢官能团从芳环中脱出、胡敏素中脂链长度变短、有机碳的稳定性降低、活性有机碳含量减少以及疏水程度变小.通过对比分析表明,胡敏素对Ni、V金属元素具有一定的氧化能力,两种金属溶液作用后均能使胡敏素中C、O元素的赋存形态发生改变,Ni金属溶液主要影响脂肪碳结构,V金属溶液则主要影响芳碳结构.