新聞動態(tài)廣州地化所在水鐵礦表面反應(yīng)性研究方面取得進展
水鐵礦作為一種天然納米礦物，廣泛存在于地表環(huán)境中，具有很大比表面積和高表面活性，是重要的地質(zhì)吸附劑，在環(huán)境污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程中扮演重要角色；同時，水鐵礦也是優(yōu)良的異相芬頓試劑，在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。中科院廣州地化所礦物表面物理化學(xué)課題組近年來研究了水鐵礦表面反應(yīng)活性，在污染物吸附及芬頓催化反應(yīng)方面取得了進展。
自然環(huán)境中往往多種污染物質(zhì)共存，對多組分共同吸附機制的研究能夠為預(yù)測污染物遷移及水鐵礦污染控制應(yīng)用提供理論依據(jù)。本研究從探討多元污染物組分在水鐵礦表面的復(fù)合吸附行為出發(fā)，采用吸附實驗、表面活性位點測試、原位譜學(xué)表征等手段，研究兩種環(huán)境常見陰離子（磷酸根和硫酸根）與重金屬Cd2+共存時的協(xié)同吸附機制、吸附形態(tài)和制約因素。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在單一吸附體系，磷酸根以內(nèi)層絡(luò)合吸附，而硫酸根以外層吸附為主內(nèi)層吸附并存的方式吸附；在Cd2+共存條件下，兩種陰離子均能與Cd2+發(fā)生協(xié)同吸附，但磷酸根與Cd2+共存更有助于二者的長期化固定。陰、陽離子的協(xié)同吸附主要與靜電作用和三元絡(luò)合物的形成有關(guān)，但兩種協(xié)同吸附機制的貢獻以及三元絡(luò)合物的形態(tài)受環(huán)境pH、吸附質(zhì)濃度、吸附質(zhì)性質(zhì)等所制約。
圖1 原位全反射紅外，二維光譜分析及各體系三元絡(luò)合物示意圖
水鐵礦作為常見的天然異相光芬頓催化劑，可在常溫常壓下直接利用太陽能生成具有強氧化性的活性自由基氧化降解有機污染物。在異相光芬頓體系中，鐵循環(huán)控制著催化速率的快慢，因此在光助芬頓體系引入電子供體調(diào)控鐵循環(huán)是提高芬頓催化活性的一種有效手段。本研究構(gòu)建了半導(dǎo)體/異相芬頓復(fù)合體系，通過闡明半導(dǎo)體與水鐵礦在光催化過程中的電子轉(zhuǎn)移機制、活性氧產(chǎn)生途徑以及相關(guān)的環(huán)境效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)引入半導(dǎo)體能顯著增強光助芬頓催化性能。相比于常見的添加有機配體調(diào)控鐵循環(huán)的方式，該方法可多次循環(huán)使用，且環(huán)保無二次污染。本研究為環(huán)境友好型、可見光響應(yīng)以及可應(yīng)用于酸性至中性環(huán)境下的異相光助芬頓催化劑的合成提供了新思路。
圖2 半導(dǎo)體/異相光芬頓催化示意圖
相關(guān)成果分別發(fā)表在地球化學(xué)領(lǐng)域主流期刊《Chemical Geology》及環(huán)境催化領(lǐng)域頂級期刊《Applied Catalysis B: Environmental》上。
論文信息：
1. Liu, Jing, Zhu Runliang*, Liang Xiaoliang, Ma Lingya, Lin Xiaoju, Zhu Jianxi, He Hongping, Stephen C. Parker, and Marco Molinari. Synergistic adsorption of Cd (II) with sulfate/phosphate on ferrihydrite: An in situ ATR-FTIR/2D-COS study. Chemical Geology, 2018, 477: 12-21.
2. Xu Tianyuan, Zhu Runliang*, Zhu Gangqiang, Zhu Jianxi, Liang Xiaoliang, Zhu Yanping, He Hongping. Mechanisms for the enhanced photo-Fenton activity of ferrihydrite modified with BiVO4 at neutral pH, Applied Catalysis B: Environmental, 2017, 212: 50-58.
（中科院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點實驗室 & 所綜合辦公室 供稿）
