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广州地化所在水铁矿表面反应性研究方面取得进展
发表日期: 2018-02-05
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  水铁矿作为一种天然纳米矿物,广泛存在于地表环境中,具有很大比表面积和高表面活性,是重要的地质吸附剂,在环境污染物的迁移转化过程中扮演重要角色;同时,水铁矿也是优良的异相芬顿试剂,在环境修复领域有良好应用前景。中科院广州地化所矿物表面物理化学课题组近年来研究了水铁矿表面反应活性,在污染物吸附及芬顿催化反应方面取得了进展。 

  自然环境中往往多种污染物质共存,对多组分共同吸附机制的研究能够为预测污染物迁移及水铁矿污染控制应用提供理论依据。本研究从探讨多元污染物组分在水铁矿表面的复合吸附行为出发,采用吸附实验、表面活性位点测试、原位谱学表征等手段,研究两种环境常见阴离子(磷酸根和硫酸根)与重金属Cd2+共存时的协同吸附机制、吸附形态和制约因素。研究结果发现,在单一吸附体系,磷酸根以内层络合吸附,而硫酸根以外层吸附为主内层吸附并存的方式吸附;在Cd2+共存条件下,两种阴离子均能与Cd2+发生协同吸附,但磷酸根与Cd2+共存更有助于二者的长期化固定。阴、阳离子的协同吸附主要与静电作用和三元络合物的形成有关,但两种协同吸附机制的贡献以及三元络合物的形态受环境pH、吸附质浓度、吸附质性质等所制约。 

1 原位全反射红外,二维光谱分析及各体系三元络合物示意图 

 

  水铁矿作为常见的天然异相光芬顿催化剂,可在常温常压下直接利用太阳能生成具有强氧化性的活性自由基氧化降解有机污染物。在异相光芬顿体系中,铁循环控制着催化速率的快慢,因此在光助芬顿体系引入电子供体调控铁循环是提高芬顿催化活性的一种有效手段。本研究构建了半导体/异相芬顿复合体系,通过阐明半导体与水铁矿在光催化过程中的电子转移机制、活性氧产生途径以及相关的环境效应,发现引入半导体能显著增强光助芬顿催化性能。相比于常见的添加有机配体调控铁循环的方式,该方法可多次循环使用,且环保无二次污染。本研究为环境友好型、可见光响应以及可应用于酸性至中性环境下的异相光助芬顿催化剂的合成提供了新思路。 

2   半导体/异相光芬顿催化示意图 

 

  相关成果分别发表在地球化学领域主流期刊《Chemical Geology》及环境催化领域顶级期刊《Applied Catalysis B: Environmental》上。 

  论文信息: 

  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. 

    

 

(中科院矿物学与成矿学重点实验室 & 所综合办公室 供稿)

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