磷酸根离子和钴离子与针铁矿表面相互作用机制研究

Along with the rapid development of industrial and agricultural production, combined pollution caused by eutrophication and heavy metals is increasingly serious. Therefore, to study the mutual effects of phosphate ions (the limiting factor of eutrophication) and cobalt ions (one of common heavy metal ions) on their interaction with goethite surface has important practical significance. In this work, batch technique is going to be adapted to investigate the effects of pH, ionic strength, aging time and temperature on interaction of phosphate/cobalt ions with goethite surface. According to the experimental results above in binary system, appropriate experimental conditions will be established to better study the effects of pH and addition sequences on interaction of phosphate with cobalt ions on goethite surface in ternary system. Besides, spectrum characterization techniques (ATR-FTIR and XPS) will be used to determine the corresponding microstructure and mechanisms. The project is expected to clarify two main issues from both the macro and micro perspectives: (1) the correlative mechanisms of interaction of phosphate ions with cobalt ions at goethite-water interfaces; and (2) the mechanisms underlying the changes of chemical forms of phosphate and cobalt ions as a function of pH and addition sequences. The prospective findings in this project will have a meaningful theoretical reference value for designing effective remediation strategies to reduce negative impacts on aquatic-terrestrial environments.

伴随着工农业生产的快速发展，水体富营养化和重金属复合污染日益严重。因此，研究磷酸根离子（富营养化的限制因子）和钴离子（一种常见的重金属离子）与矿物表面作用的相互影响具有重要的现实意义。本项目拟采用批实验方法研究不同环境条件（pH值、离子强度、平衡时间、温度）对磷酸根离子/钴离子与针铁矿作用的影响。通过分析二重体系的结果，制定合适的实验条件，采用批实验方法着重研究pH值和加入次序对磷酸根离子、钴离子和针铁矿三重体系相互作用的影响，结合ATR-FTIR和XPS等光谱技术确定磷酸根离子和钴离子的微观结构和作用机理。项目预期将从宏观和微观两个层面阐明磷酸根离子和钴离子与针铁矿作用的相互影响机制，揭示磷酸根离子和钴离子的化学形态随pH值和加入次序的变化规律。研究成果对于我们制定有效可行的方法来降低水体-陆地污染具有重要的现实指导意义。

伴随着工农业生产的快速发展，水体富营养化和重金属复合污染日益严重。因此，研究磷酸根离子（富营养化的限制因子）与钴离子（一种常见的重金属离子）的相互作用机理具有重要的现实意义。本项目采用静态法研究了不同实验条件（反应时间、pH、离子强度、温度和加入次序）对磷酸根离子与钴离子在针铁矿上吸附的影响;采用静态吸附法和微观表征相结合的方法，研究磷酸根离子与钴离子在针铁矿-水界面上的相互作用机理。研究结果表明， 当磷酸根存在时，针铁矿对钴的吸附效果显著增强了；然而当钴存在时，针铁矿对磷酸根的吸附基本上没有发生变化。并且，每种加入次序对钴和磷酸根在针铁矿上的吸附的影响都有所不同，这种不同是由于钴、磷酸根和针铁矿三者之间结合方式的不同所造成的。磷酸根使得针铁矿表面的电负性增强，更有利于吸附带正电的钴;磷酸根和钴、针铁矿形成了更加稳定的三重络合物((A型 “针铁矿-钴-磷酸根”或者B型“针铁矿-磷酸根-钴”)，进而增强了钴的吸附;磷酸根促进钴在针铁矿表面形成表面沉淀，促进钴的吸附。研究成果对于评估和预测重金属离子和磷酸根离子的物理化学行为和环境生态效应具有重要的理论指导意义，同时可以为富营养化与重金属复合污染水体的治理提供重要依据。