铁是地球上高丰度高活性的元素之一,它的铁氧化物以多种形式广泛分布于自然界中。铁氧化物的形成与转化对于环境污染物的迁移转化具有重要影响。水铁矿是Fe(III)水解后的第一相,其结晶度差且结构不稳定,在中性和高温条件下易转化为热力学稳定的赤铁矿。同时,水体或土壤环境中含有的重金属可附着于铁氧化物表面或聚集在晶体结构内部,影响铁氧化物的形成转化和稳定性;反过来,重金属与铁氧化物共沉淀亦会影响重金属的迁移。然而,以往研究未比较不同铁盐条件下金属离子对铁氧化物转化和稳定性的影响,尤其对于变价金属离子缺少横向比较研究。论文采用共沉淀法,在不同铁盐、温度和金属离子浓度等条件下合成了一系列铁氧化物,并通过多种表征手段鉴定出主要的铁氧化物种类,测定了不同合成条件下体相和表面上Fe(III)和金属离子含量,以此探究共存金属离子对共沉淀铁氧化物转化和稳定性的影响。主要结论如下:(1)采用了含不同结晶水的Fe2(SO4)3合成了系列重金属共沉淀的铁氧化物。常温条件下,Mn(II)、Cu(II)、Co(II)和Cr(VI)与两种Fe2(SO4)3水合物沉淀形成的铁氧化物种类显著不同。经鉴定,无论金属离子存在与否,Fe2(SO4)3·3H2O合成的铁氧化物均为水铁矿,而Fe2(SO4)3·7H2O在无金属离子共存条件下合成的矿物主要为针铁矿。当Me(Mn(II),Cu(II)或Co(II))/Fe=0.025时,有利于Fe2(SO4)3·7H2O中形成的针铁矿向磁赤铁矿转化,且比表面积也随之减小。Cr(VI)的存在对Fe2(SO4)3·7H2O中形成的矿物类型无影响。(2)比较了金属离子存在下不同铁盐(Fe2(SO4)3和Fe(NO3)3)合成的铁氧化物热转化的差异。室温条件下,所有金属离子共存均不会影响铁氧化物的转化。无金属离子外加时,高温加热(450℃,2 h)未造成Fe2(SO4)3中形成的铁氧化物明显转化,却引起了Fe(NO3)3合成水铁矿向赤铁矿的转化。Ce(III)、V(V)或Cr(III)存在时,Fe2(SO4)3中形成的水铁矿不发生转化,而当Me(Ce(III),V(V)或Cr(III))/Fe=0.25时Fe(NO3)3合成的水铁矿向赤铁矿的转化受到抑制。Cr(VI)或Ag(I)的存在会促进Fe2(SO4)3合成的铁氧化物的高温转化,但对Fe(NO3)3合成矿物相变无影响。Mn(II)和Ce(IV)对两种铁盐合成的铁氧化物的转化影响规律相似:加热后两者都能够改变生成铁氧化物的类型,初始金属离子浓度越高,铁氧化物转化温度越高。(3)通过酸溶解实验考察了金属离子共沉淀铁氧化物的稳定性。研究发现,水铁矿样品极易发生酸溶解,而赤铁矿样品则需要较长时间才能实现完全溶解。酸溶解与其它表征分析结果一致,且相互验证。高温加热后,铁氧化物结合金属离子的能力减弱,比表面积也减小,大部分金属离子的酸溶出量显著下降,说明加热促进矿物转化,且在一定条件下会提高铁氧化物的稳定性。受温度和浓度的影响,不同金属离子会通过同晶替代进入晶体结构内部或分散于铁氧化物表面,且样品体相与表面上金属离子的含量不同。据量子化学理论预测,Ag可能仅分布于铁氧化物表面而无法进入体相,导致实验中铁氧化物Ag溶出量与Ag(I)初始浓度无关。