陈天虎
研究方向主要包括环境矿物学、粘土矿物学、应用矿物学、纳米矿物材料、纳米地球化学、环境地球化学、水处理工程、环境工程材料、微区微束分析和电镜技术应用。
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- 姓名:陈天虎
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- 担任导师情况:
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学术头衔:
博士生导师
- 职称:-
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学科领域:
矿物学(包括放射性矿物学)
- 研究兴趣:研究方向主要包括环境矿物学、粘土矿物学、应用矿物学、纳米矿物材料、纳米地球化学、环境地球化学、水处理工程、环境工程材料、微区微束分析和电镜技术应用。
陈天虎,1962年10月出生,1984年毕业于南京大学地球科学系,获学士学位;1987年毕业于合肥工业大学,获硕士学位,2003年5月博士毕业。2001年8月-2002年8月在美国新墨西哥大学开展国际合作研究。2004年9月至2005年1月在美国威斯康辛大学开展国际合作。承担国家自然科学基金项目"凹凸棒石液相吸附性能、机理及与蒙脱石互相作用" (2001-2003)、"典型污染物在阴离子粘土结构中嵌入作用"(2005-2007)、参加国家自然科学基金重点项目"黄土高原风尘来源、沉积和风化过程的地球化学研究"(2004-2007)。研究方向主要包括环境矿物学、粘土矿物学、应用矿物学、纳米矿物材料、纳米地球化学、环境地球化学、水处理工程、环境工程材料、微区微束分析和电镜技术应用。熟练掌握X-射线衍射、高分辨透射电镜、场发射扫描电镜等先进测试技术和研究方法。中国矿物岩石地球化学学会,环境矿物学专业委员会委员,成因矿物学委员会委员,硅酸盐学报编委。
获安徽省教学成果特等奖、国家教学成果二等奖一项,获"安徽省优秀教师"称号,发表学术论文90余篇,获得发明专利授权4项,获得实用新型专利权2项。
主要成果:(1)纳米尺度观察研究在洛川黄土剖面马兰黄土中发现纳米棒状方解石,提出纳米棒状方解石是生物代谢有机质诱导的纳米晶体生长,是黄土沉积时干旱寒冷气候的产物,是一个干旱环境的重要指示矿物。(2)首次从纳米尺度发现土壤中风尘磁铁矿氧化纳米化现象,揭示土壤中磁赤铁矿特征、鉴别标志、成因及其对磁化率增强的意义。首次提出纳米效应对铁氧化物矿物稳定性的影响,揭示磁铁矿粒度与氧化产物的关系。这一纳米尺度的观察结果为黄土-古土壤序列中超顺磁颗粒成因、磁化率增强机制奠定了矿物学基础,对中国黄土高原古气候重建具有重要意义。也对从纳米尺度揭示表生地球化学过程提供了很好的范例,对纳米矿物学和纳米地球化学研究具有重要意义。(3)在郯庐断裂带肥东段的安山质熔接凝灰断层岩中发现断层岩型凹凸棒石,并探讨其成因和构造作用的关系,提出构造剪切过程中矿物岩石的纳米化概念。(4)在黄土剖面红粘土中发现凹凸棒石-白云石组合,并以凹凸棒石、白云石、纳米棒状方解石、新生纳米赤铁矿为古环境古气候指示矿物,提出第三纪红粘土不同黄土-古土壤序列的气候机制-干-热气候环境,并借石红粘土低磁化率的根源。(5)纳米尺度的观察发现单根凹凸棒石纤维晶体呈现弹性,提出"凹凸棒石是重要的天然一维纳米材料,优异性能是纳米颗粒效应"的新认识。纳米尺度的观察更好地从本质上认识和把握决定凹凸棒石性能的本质因素,更清楚地认识到凹凸棒石胶体性能和吸附性能皆与其纳米效应有关。(6)揭示凹凸棒石对重金属离子的吸附作用主要是凹凸棒石纳米化学活性诱导的重金属离子水解沉淀,从纳米尺度揭示矿物-重金属离子界面化学作用机制,对界面化学研究具有重要理论意义。(7)首次发现凹凸棒石平行于蒙脱石(001)面连生超微观结构,提供蒙脱石向凹凸棒石转化的直接证据,并从理论上完全解释了导致蒙脱石向凹凸棒石转化的过程、环境条件和机制,指出蒙脱石向凹凸棒石转化的材料科学意义和引起的矿物学定量分析问题。(8)首次发现水悬浮体系蒙脱石和凹凸棒石存在胶体互相作用,并且以面-面形式结合。由于这一互相作用会有利于形成纳米孔空隙结构,从而影响其固体产物比表面积和物理性质,为合理解释凹凸棒石粘土吸附现象提供理论基础和新的视角,对粘土材料加工和纳米复合材料制备具有重要的理论和实际意义。液相体系中凹凸棒石和蒙脱石互相作用成为以粘土原料为基础的新型纳米孔材料制备方法。
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陈天虎, Tianhu Chen a, b, Huifang Xu b, *, Qiaoqin Xie a, Jun Chen c, Junfeng Ji c, Huayu Lu d
Earth and Planetary Science Letters 240(2005)790-802,-0001,():
-1年11月30日
Morphological characteristics and microstructures of magnetic minerals extracted from Chinese loess and paleosols were investigated using powder X-ray diffraction (XRD) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Our results indicate that maghemite in loess-paleosol sequences was transformed from magnetite through oxidation of magnetite. Maghemite transformed from eolian magnetite during chemical weathering has low-angle grain boundaries among maghemite nano-crystals. Some nano-crystalline maghemites with nanoporous texture resulted from microbe-induced precipitation of magnetite or transformation of poorly crystalline ferric Fe (oxy) hydroxides in presence of Fe-reducing bacteria. Aggregates of euhedral maghemite nanocrystals were transformed from magnetite magnetosomes. Both microbe-induced nanoporous magnetite and microbe-produced magnetite magnetosomes are directly related to microbial activities and pedogenesis of the paleosols. It is proposed that the formation of nano-crystalline maghemite with superparamagnetic property in paleosol results in the enhancement of magnetic susceptibility, although the total amount (weight percent) of magnetic minerals in both paleosol and loess units is similar. Our results also show that nano-crystalline and nanoporous magnetite grains prefer to transform into maghemite in semi-arid soil environments instead of hematite, although hematite is a thermodynamically stable phase. This result also indicates that a decrease in crystal size will increase stability of maghemite. It is also inferred that surface energy of maghemite is lower than that of hematite. D 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.
loess, paleosol, maghemite, biogenic magnetite, magnetic susceptibility, Transmission Electron Microscopy (, TEM),
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【期刊论文】Direct evidence of transformation from smectite to palygorskite: TEM investigation
陈天虎, CHEN Tianhu, , XU Huifang, LU Anhuai, XU Xiaochun, PENG Shuchuan & YUE Shucang
Science in China Ser. D Earth Sciences 2004 Vol.47 No.11 985-994,-0001,():
-1年11月30日
Palygorskite clays sampled from palygorskite clay deposits in Jiangsu and Anhui provinces were investigated by transmission electron microscopy (TEM). Many intergrowth phenomena of special ultra-microstructure between smectite and palygorskite were found. The ultra-microstructure indicates that palygorsite fiberrous crystals grow along (001) of primary smectite through structural transformation and decomposition of the primary smectite. According to field investigation and X-ray diffraction (XRD) analyses, the transformation mechanism and process can be described as: formation of smectite from basalt weathering deposited in localization basin; evaporation of lake water in aridity environment causing pH increase and concentration of magnesium ion in interstice water of sediment smectite in the lake basin. Under alkaline conditions, magnesium ion occupied interlayer positions of the smectite. Because of the misfit between magnesium octahedral sheet and smectite layer, magnesium ion interaction with smectite layers caused the smectite to transform into palygorskite, and resulted in the formation of smectite and palygorskite complex particulates, and even smaller secondary smectite crystal plates. The transformation of smectite structure resulted in the formation of nanometer minerals with large specific surface area and excellent property of physics and chemistry in smectite-palygorskite mixing clay. The results from TEM investigation are important for understanding properties of palygorskite clay and application.
Palygorskite, smectite, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, nanometer mineralogy.,
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【期刊论文】Formation mechanism of ferromagnetic minerals in loess of China: TEM investigation
陈天虎, CHEN Tianhu, , XU Huifang, JI Junfeng, CHEN Jun & CHEN Yang
Chinese Science Bulletin 2003 Vol. 48 No. 20 2259-2266,-0001,():
-1年11月30日
The results of TEM investigation indicate that magnetite and maghemite are the major ferromagnetic minerals in loess-paleosol sequences. Primary magnetite has the similar morphology and surface characteristics as eolian detrital particles. The magnetite can be classified into two categories, high-titanium and low-titanium, which may be the indicators of magmatic rocks and metamorphic rocks, respectively. TEM investigation at nanometer scale shows that primary detrital magnetite of micron scale had been partially weathered to maghemite of 5-20 nanometer during the pedogenic process, which maintain the pseudomorphism of the aeolian debris. Some chlorite particles were also weathered to nanometer scale magnetite or maghemite in the pedogenic process. So weathering of the two minerals leads to formation of superparamagnetism, which may be the important mechanism of magnetic-susceptibility increase in paleosols. The magnetite or maghemite resulting from the weathering of chlorite contains a small amount of P and S, which is the signal of microbe-mineral interaction, and indicates that microbes may play a certain role in chlorite weathering and formation of superparamagnetic particles.
Loess, paleosol, magnetite, maghemite, biogeochemistry, transmission electron microscope (, TEM), .,
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陈天虎, 陈天虎), 陈骏), 季峻峰), 徐惠芳), 盛雪芬)
地质论评,2005,51(6):317、417、517、617、717、817,-0001,():
-1年11月30日
本文对洛川黄土剖面典型样品进行了透射电镜分析,发现黄土中存在纳米棒状方解石。此类方解石直径30~50nm,长度几百纳米至几微米。纳米棒状晶体有圆滑地粗细变化和弯曲现象,偶见晶体连接成树枝状或晶体直角连接形成框架状形态。X2射线能谱分析显示方解石有少量的镁、磷和硫,这种纳米棒状方解石在国内外文献中鲜有报道。根据纳米尺度研究结果推测,这种纳米棒状方解石形成与生物衍生物诱导的定向结晶有关。纳米棒状方解石是一种重要的黄土堆积时期干旱环境指示矿物,其碳、氧稳定同位素组成代表黄土堆积时气候参数。纳米棒状方解石的发现,对环境中纳米矿物研究、黄土中碳酸盐碳成因及古气候研究具有重要价值。
黄土, 纳米矿物学, 纳米棒状方解石, 透射电镜(, TEM),
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陈天虎, 谌香秀, 樊明德, 陈岗, 孙捷
矿物岩石,2005,25(3):105~108,-0001,():
-1年11月30日
污染物在矿物结构中的嵌入是固化、净化污染物的一种有前景的矿物学方法。焦磷酸根离子是工业废水中较难处理的工业磷污染源之一,研究新的除磷技术是水污染控制技术领域的重要课题之一。通过人工配制焦磷酸盐废水,初步研究镁-铝盐水解共沉淀法即时合成阴离子粘土去除焦磷酸根的效果、影响因素和焦磷酸根离子在阴离子粘土结构中的嵌入作用。研究结果表明,通过镁2铝盐水解共沉淀法即时合成阴离子粘土,焦磷酸根离子有效地嵌入阴离子粘土结构中,对焦磷酸根有非常好的去除效果。影响处理效果的主要因素是pH值和Mg/A1比值。pH值为9.0~10,Mg/A1比1∶1~3∶1时,都可以获得较好的去除效果。
阴离子粘土, 即时合成, 焦磷酸根, 嵌入作用
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【期刊论文】物理化学条件对合成Mg/Al-LDH结晶度和结构的影响
陈天虎, 庆承松, 谌香秀, 冯有亮, 孙捷, 于少明
岩石矿物学杂志,2005,24(4):324~328,-0001,():
-1年11月30日
采用共沉淀法在不同物理条件下合成了一系列镁铝层状双氢氧化物(LDH),用化学分析、XRD和红外光谱对产物的组成与结构进行了表征,并探讨了初始溶液Mg/A1比、平衡pH值、水热反应温度、干燥温度等因素对合成LDH产物的结晶度、Mg/A1比、结构以及镁铝水解率的影响。结果表明,在实验条件范围内,最佳的合成条件为:初始Mg/A1比为2∶1,pH值为10,合成温度50℃,在此条件下固体产物为单-LDH物相,合成LDH的Mg/A1比为2∶1,镁铝水解率分别为99.21%和98.97%,结晶度高,可以实现在较低的温度下水热合成LDH。由于在LDH结构中Al3+替代Mg2+的量不同,导致X衍射分析d值和晶胞参数呈规律性变化。
层状双氢氧化物, X射线衍射, 结晶度, 制备, 表征
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陈天虎, 史小莉, 彭书传, Xu Huifang, Gao Huizhen
,-0001,():
-1年11月30日
具有高吸附性能的载体TiO2光催化剂复合材料制各是未来TiO2纳米光催化研究领域的重要发展方向。本文以凹凸棒石为载体,通过钛酸-丙丁酯丙醇溶液浸渍过滤丙醇蒸发水蒸气作用下钛酸四丁酯水解低温煅烧程序操作,获得凹凸棒石TiO2纳米复合光催化材料。高分辨透射电镜表征结果显示:TiO2颗粒直径5~10mm,具有锐钛矿结构,在凹凸棒石表面分布均匀。该制各方法工艺简单,钛酸四丁酯利用率高,对水中有机污染物光催化处理、抗菌消毒、空气净化等方面具有很大潜在应用价值。
凹凸棒石, 光催化剂, TiO2, 环境矿物学
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【期刊论文】热处理Mg/Al-LDH结构演化和矿物纳米孔材料制备
陈天虎, 樊明德, 庆承松, 徐惠芳, 孙捷, 陈岗
岩石矿物学杂志,2005,24(6):521~525,-0001,():
-1年11月30日
层状双氢氧化物(LDH)是自然界不常见的矿物,然而却是易于合成的重要材料。本文利用X射线衍射和透射电镜技术研究了Mg/Al-LDH热处理结构演化。结果表明,对于层间阴离子主要为碳酸根的Mg/Al-LDH,在400~800℃之间形成镁铝固溶体似方镁石结构氧化物。在层状双氢氧化物脱出结构水形成氧化物的过程中,产生2~3nm 的纳米孔隙,但仍保留原来LDH 片状晶体假象形貌,并继承原来的晶体结构取向。煅烧形成的具有似方镁石结构的氧化物可以重新水化形成新生LDH,但重新水化形成的LDH结晶度比原来的LDH结晶度低,这一过程可以导致微米和亚微米颗粒LDH趋于纳米化,并产生纳米粒间孔隙。温度高于1000℃时似方镁石结构氧化物进一步相变为尖晶石结构氧化物和方镁石复合物相,其中的方镁石可以水化为水镁石并且可以酸溶去除,相转变形成的尖晶石呈现纳米多晶并存在纳米粒间孔隙。这一发现为利用矿物相变原理制备廉价似方镁石结构纳米孔材料、LDH 结构纳米孔材料和尖晶石结构纳米材料提供了新的思路。
矿物学, 层状双氢氧化物, 热处理, 晶体结构, 纳米孔材料
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陈天虎, 徐晓春, Huifang Xu, 岳书仓
矿物学报,2005,25(1):81~88,-0001,():
-1年11月30日
TEM和XRD 研究表明,在苏皖坡缕石粘土矿床的蛋白石坡缕石层中存在opal-A和opal-CT两种结构的蛋白石。蛋白石坡缕石层主要含坡缕石、opal-A、opal-CT,以及少量白云石和其它矿物,由富opal-A层和富opal-CT层互层组成,交互层的厚度在几个厘米左右。蛋白石坡缕石层中的矿物基本是自生矿物,从蒸发湖水中化学沉淀形成。矿物组成特征研究表明,蛋白石坡缕石层的矿物组分(Si、Mg、Al)来源于盆地周围玄武岩淋滤的浅层地下水。根据Opal-A和Opal-CT溶解度图解和坡缕石、白云石形成物理化学条件图解,当湖水具有高浓度溶解SiO2和Mg2+时,有利于opal-A和坡缕石形成,当湖水具有低浓度溶解SiO2时,有利于opal-CT结晶。因此,沉淀SiO2的结构状态取决于地下水补给的湖水溶解SiO2浓度。富opal-A和富opal-CT交互层的形成是古气候、古水文周期性变化的指示。富opal-CT层指示高地下水补给流入量,低蒸发量,湖水低盐度和溶解组分,代表湿润气候时期;而富opal-A层代表低地下水补给流入量,高蒸发量,高溶解组分浓度,代表干旱气候时期。
蛋白石, 坡缕石, 白云石, 古环境, 沉积作用, 玄武岩
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