天然水体中锑的主要氧化还原过程及机理

In view of the antimony pollution in the aqueous environment in China, using the simulation experiment and modern instrument analysis technology combined method, the project will study the main process and mechanism of redox for antimony in aqueous environment, including: (1) the co-oxidation properties of natural oxidizing substances (oxygen, iron / manganese oxide etc.) on antimony; (2) the photo-promoted oxidation of antimony by the photosensitive materials (eg. NOM) and free radicals in natural water; (3) the effect on redox of antimony for the aquatic colloid and suspended particles in natural water; (4) the redox characteristics of antimony in the permanently oxic or anoxic environments, and the effects of transient redox changes on the redox of antimony at the sediment-water interface. In addition, on the basis of the above research, the study will be to categorize and summarize the main oxidation and reduction pathway of antimony in natural water, to compare different oxidation and reduction process and reaction rate, to reveal the electron transfer process and reaction mechanism of major redox reaction, to clarify the transformation of antimony speciation in natural water. This work will provide key information on the environmental process and the geochemical cycling of antimony in aqueous environment, and has important scientific significance.

针对我国突出的水体锑污染问题，采用模拟实验和现代仪器分析技术相结合的方法，本项目将重点研究天然水体中锑的主要氧化还原途径、过程和机理等关键科学问题，具体内容包括（1）天然水体主要氧化性物质（氧气、铁/锰氧化物等）对锑的共氧化特性；（2）天然水体中NOM等光敏物质及自由基产生对锑的光促氧化特性；（3）天然水体中水胶体和悬浮颗粒物对锑的氧化还原的影响；（4）沉积物-水界面、好氧-厌氧状态以及交替变化下锑的氧化还原特征。在上述研究基础上，归类总结天然水体中锑的主要氧化还原途径，比较不同氧化还原过程和反应速率，揭示主要氧化还原反应的电子传递过程和反应机理，阐明天然水体中锑的形态转化规律。其研究成果对揭示锑的环境过程、地球化学循环具有重要的科学意义。

本项目针对我国突出的水体锑污染问题，通过模拟实验和现代科学技术手段和方法，重点研究了天然水体中锑的主要氧化还原过程和机理，取得以下研究成果：. （1）系统研究了天然水体主要氧化性物质（氧气、铁/锰氧化物等）对锑的共氧化特性。阐明了天然水体中主要活性组分共存情况下对锑的共氧化特性、反应过程和反应速率，揭示了酸性条件下Fe(II)对MnO2吸附氧化Sb(III)、好氧条件下Mn(II)对铁氧化合物吸附氧化Sb(III)的影响过程和机理。. （2）系统研究了天然水体中NOM等光敏物质及自由基产生对锑的光促氧化特性。阐明了天然水环境中铁(Fe(II)/Fe(III))与HA的络合对Sb(III)氧化的影响程度及光氧化机理，总结出天然水中活性组分中对Sb(III)氧化起主导作用的物质。并基于Sb(III)的光氧化特性和Sb(III)与Sb(V)的电化学活性差异，建立了Sb(III)/(V)形态同时检测的电化学方法。. （3）系统研究了天然水体中水胶体和悬浮颗粒物对锑的氧化还原的影响。发现天然水体中NOM等光敏物质、自由基产生对锑的光促氧化特性，揭示天然水体中锑的形态转化特征。发现水体颗粒物和水胶体中存在的铁锰氧化物、有机大分子和有机胶体，在光照条件下对Sb(III)的价态转化有强烈影响。另外，氧化物质的存在形态（颗粒物，水胶体，真溶态）也会对其氧化能力产生影响。. （4）初步开展了沉积物-水界面好氧-厌氧状态以及交替变化下锑的氧化还原特征研究。研究发现黄铁矿在含有溶解氧的水溶液中会发生迅速的表面氧化，对其表面组分和表面特性带来显著影响。并深入研究了溶液氧化对黄铁矿反应活性以及对Sb的迁移转化的影响及机理。. （5）依托该项目从环境中锑的生物地球化学过程和生态效应以及水体中锑污染防控技术方面，对国际前沿和研究进展进行了评述，撰写了2篇综述文章。. 通过上述研究，明确了天然水体中锑的主要氧化途径，获得模拟体系和实际环境条件下不同氧化还原过程和反应速率，为氧化还原动力学模型建立提供数据支持。其研究成果对揭示锑的环境过程、地球化学循环、解释区域/流域锑的地球化学异常具有理论意义。