新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所在類質(zhì)同像置換對(duì)磁鐵礦表面反應(yīng)性的制約研究上取得進(jìn)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(duì)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(duì)磁鐵礦吸附鉛性能的研究報(bào)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(xué)/生物還原等地球化學(xué)過程產(chǎn)生。國(guó)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(duì)Pb的吸附性能及其作用機(jī)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(xué)性質(zhì)（如比表面積、表面位密度等），可能制約著磁鐵礦對(duì)Pb的吸附性能。
據(jù)此，廣州地球化學(xué)研究所礦物學(xué)與成礦學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室何宏平研究員的課題組，借助吸附實(shí)驗(yàn)、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(duì)磁鐵礦的表面性質(zhì)以及對(duì)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(jī)制。研究獲得以下新認(rèn)識(shí)：
（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(jì)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(diǎn)（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(duì)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(duì)Pb的固定機(jī)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家外專局/中國(guó)科學(xué)院“礦物結(jié)構(gòu)域表明物理化學(xué)”創(chuàng)新國(guó)際團(tuán)隊(duì)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得到表面位密度（Dcal）與由酸堿滴定結(jié)果測(cè)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(guó)科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 & 所綜合辦公室 供稿）
