黄铁矿在自然环境中容易氧化生成SO₄^2-、Fe³⁺以及其他金属离子的酸性溶液,酸性矿山废水(AMD)对环境产生严重危害。尽管O₂可以直接氧化黄铁矿,但在太阳光条件下黄铁矿的氧化机理仍然有待深入研究。论文开展了黄铁矿氧化过程中光、O₂、水和pH的贡献研究,对源头治理AMD至关重要。研究结果如下:(1)研究光照和黑暗条件下黄铁矿Fe²⁺和SO₄^2-的溶出,以及加入不同捕捉试剂对黄铁矿氧化的影响。结果表明光照条件下黄铁矿释放Fe²⁺和Fe²⁺氧化成Fe³⁺的速度都明显加快。Uv-vis表明黄铁矿是窄禁带半导体,容易被太阳光激发。XPS结果表明空穴在黄铁矿自氧化过程中的贡献最大。光促进黄铁矿Fe离子的释放的本质是光生电子-空穴对氧化黄铁矿以及光诱导氧活性物种将黄铁矿表面的Fe²⁺转化为Fe³⁺进入溶液中,进一步促进黄铁矿氧化。(2)在有氧和无氧条件下开展批量实验,探索O₂结合电子氧化黄铁矿的机理。以对苯二甲酸(PTA)作为·OH探针,黄铁矿累计·OH线性增加。通过M-S曲线得出有氧光照条件下的载流子浓度增加。黄铁矿表面O₂能减少电子、空穴的复合。本研究中通过CV曲线确定太阳光下O₂氧化黄铁矿是双电子转移过程。(3)在自然条件下,探讨水在黄铁矿氧化过程中的作用机制。通过黄铁矿在有水和无水条件下Fe、S溶出实验和pH变化曲线等结果,发现黄铁矿氧化水生成·OH和H⁺促进黄铁矿氧化和溶解,水是O₂氧化黄铁矿的媒介。FT-IR结果显示黄铁矿表面吸附力增强。XPS分析证实O₂在水作用下,黄铁矿氧化为Fe-O和S-O化物,氧化程度加剧。SEM图显示在水溶液中黄铁矿表面结构因为氧化而出现坍塌。(4)对黄铁矿在不同pH溶液中进行批量实验研究。通过IC和紫外可见分光光度法研究溶液中Fe、S物种。通过UPS和Uv-vis计算黄铁矿在不同pH溶液中的能带变化。光照条件下随着溶液pH的增加,Fe-O化合物在黄铁矿表面的附着增加。黄铁矿的光生电子转移到Fe-O化合物的导带(CB)中,光生空穴聚集在黄铁矿的价带(VB)中,黄铁矿能带弯曲,从而改变了黄铁矿的能带电势(E_VB=-0.05 e V,E_CB=-0.83 e V)。研究结果说明了光在黄铁矿氧化过程中的重要性,完善了黄铁矿氧化机理,为从源头减少酸性矿山废水的产生提供重要理论依据。