新聞動態(tài)廣州地化所在類質(zhì)同像置換對磁鐵礦表面反應(yīng)性的制約研究上取得進展
重金屬鉛（Pb）在土壤、地下水和地表水體中的檢出濃度較高，具有生物富集性、持久性和高毒性等特征，是優(yōu)先控制的重金屬之一。理解Pb在地表環(huán)境的遷移行為和最終歸宿，開發(fā)高效的鉛鈍化固定技術(shù)，對解決鉛污染問題尤為重要。礦物與Pb的固-液界面作用能有效控制Pb在水體中的濃度和形態(tài)，影響其遷移性。鐵（氫）氧化物常以顆粒物、膠體等形式，廣泛分布在土壤和沉積物中，能通過吸附作用固定Pb。在地表環(huán)境中，赤鐵礦和針鐵礦等次生鐵（氫）氧化物礦物是吸附鉛的主要礦物。磁鐵礦是原生礦物，目前對磁鐵礦吸附鉛性能的研究報道并不多見。然而，磁鐵礦作為土壤和沉積物中常見的礦物，可通過Fe0氧化，Fe2+氧化，以及Fe3+化學/生物還原等地球化學過程產(chǎn)生。國內(nèi)外研究者也相繼發(fā)現(xiàn)磁鐵礦能有效去除Cr(VI)，Hg(II)和As(V)等重金屬，故不可忽視磁鐵礦對Pb的吸附性能及其作用機制。在自然界中，磁鐵礦結(jié)構(gòu)中的Fe可被多種過渡金屬離子類質(zhì)同像置換，如Ti4+，V3+，Mn2+，Co2+，Cr3+和Ni2+等。這些離子不同程度地改變磁鐵礦表面物理化學性質(zhì)（如比表面積、表面位密度等），可能制約著磁鐵礦對Pb的吸附性能。
據(jù)此，廣州地球化學研究所礦物學與成礦學院重點實驗室何宏平研究員的課題組，借助吸附實驗、光譜表征技術(shù)以及表面絡(luò)合模型等手段研究多種過渡金屬（Cr、Mn、Co、Ni）類質(zhì)同像置換對磁鐵礦的表面性質(zhì)以及對Pb(II)吸附容量的影響，查明Pb(II)在磁鐵礦表面的微觀局域環(huán)境以及吸附機制。研究獲得以下新認識：
（1）Pb(II)通過形成雙核三齒內(nèi)圈絡(luò)合物吸附在磁鐵礦表面，該吸附構(gòu)型不受吸附容量影響（圖1）。
（2）通過分析吸附容量和吸附構(gòu)型，計算得到參加吸附反應(yīng)的表面位密度，與由酸堿滴定得出的表面位密度十分接近，表明表面羥基是主要的吸附位點（圖2）。
（3）類質(zhì)同像置換主要通過改變磁鐵礦的表面位密度，制約磁鐵礦對Pb(II)的吸附性能。
該成果發(fā)表于Chemical Geology上，有助于深刻理解磁鐵礦族礦物對Pb的固定機制以及Pb(II)在土壤和水生環(huán)境中的遷移行為和最終歸宿。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和國家外專局/中國科學院“礦物結(jié)構(gòu)域表明物理化學”創(chuàng)新國際團隊項目等資助。
圖1. 磁鐵礦表面吸附態(tài)Pb的構(gòu)型
圖2. 由吸附實驗結(jié)果計算得到表面位密度（Dcal）與由酸堿滴定結(jié)果測定表面位密度（Ds）的相關(guān)性
論文信息：Xiaoliang Liang, Gaoling Wei, Juan Xiong, Fuding Tan, Hongping He*, Chenchen Qu, Hui Yin, Jianxi Zhu, Runliang Zhu, Zonghua Qin, Jing Zhang. Adsorption isotherm, mechanism, and geometry of Pb(II) on magnetites substituted with transition metals. Chemical Geology, 2017, 470: 132-140.
Doi：http://dx.doi.org/10.1016/j.chemgeo.2017.09.003
論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254117305028.
（中國科學院礦物學與成礦學重點實驗室 & 所綜合辦公室 供稿）
