厌氧环境中可溶性S(-II)对吸附在铁矿物表面As(III)的迁移和再分配研究

Transformation and mobilization of As(III) in groundwater attracts more attention in the environmental science in the recent years. In the anaerobic environment, the reductive dissolution of iron (hydr)oxides by soluble sulfide [S(-II)] can promote the release of the As(III) adsorbed on iron (hydr)oxides, and the mobilized As(III) will be subsequently repartitioned onto the newly-produced secondary minerals, immobilized as different species of AsSx, or released into water. However, to the best of our knowledge, the mechanism of S(-II) on the mobilization and repartition of the adsorbed As(III) under anaerobic conditions is still not clearly understood. In the present study, we will determine this mechanism by investigating the reductive dissolution of various iron (hydr)oxide by S(-II) and exploring the interactions between As(III) and S(-II), and between As(III) and secondary minerals. By means of kinetic experiments, and TEM, XRD, XANES and EXAFS analysis, we will explore the presence of S(-II) on the mobilization and repartition of the adsorbed As(III) under anaerobic conditions and then set up mathematic models to confirm this mechanism. This study improves our understanding on the mechanism of S(-II) on the mobilization and repartition of the adsorbed As(III) under anaerobic conditions, and provides theoretical basis for the effective control of the As(III) contamination in the anaerobic groundwater.

As(III)在地下水环境中的转化和迁移是近年来环境研究领域中的热点问题。厌氧地下水环境中可溶性硫化物[S(-II)]与铁(羟基)氧化物的还原溶解反应会使固定在铁矿物表面的As(III)释放到水中，而被释放的As(III)又可被重新分配到新生成的次生矿物表面或通过生成不同种类AsSx的方式被重新固定，从而引发As(III)迁移和再分配的变化。而目前此作用机制尚需进行科学论证。本项目拟借助动力学实验和TEM、XRD、XANES、EXAFS 等表征分析方法，通过研究S(-II)对不同铁矿物的还原溶解行为以及As(III)与次生矿物或S(-II)的作用机制，确定出S(-II)对吸附在铁矿物表面As(III)的迁移和再分配机制，并建立数学模型验证。该项目可确定S(-II)对厌氧环境中吸附态As(III)迁移和再分配的影响，为有效控制厌氧地下水中的As(III)提供可靠的理论依据与基础数据。

研究As(III) 在水环境中的转化和迁移是近年来环境领域中的热点问题之一。自然环境中的砷主要结合在铁矿物α-FeOOH、γ-FeOOH、α-Fe2O3、γ- Fe2O3 (maghemite)、Fe5HO8.4H2O (ferrihydrite) 和Fe3O4 (magnetite)表面。厌氧地下水环境中可溶性硫化物[S(-II)]与铁(羟基)氧化物的还原溶解反应会使固定在铁矿物表面的As(III)释放到水中，而被释放的As(III)又可被重新分配到新生成的次生矿物表面或通过生成不同种类AsSx 的方式被重新固定，从而引发As(III)迁移和再分配的变化，改变其迁移规律。为此，我们借助动力学实验和TEM、XRD、XPS 等表征分析的研究方法，研究可溶性硫化物[S(-II)]对在铁矿物表面的As(III)的氧化和迁移机制以及对吸附在铁矿物表面As(III)的氧化和迁移机制的影响进行了阐述。.研究中我们发现，厌氧水环境中的 S( -II) 能引发 ferrihydrite 的还原溶解，并且高 S( -II):Fe(III)比可提高 ferrihydrite的溶解速率。表面含砷 ferrihydrite 体系中，As(V)的存在会抑制 ferrihydrite的溶解过程，并影响过程中 As(V) 的迁移速率。吸附在 Ferrihydrite表面的As(V)会占据一定活性位点，降低了 ferrihydrite 与 S( -II)的 结合，因此出现高As(V)负载量会抑制矿物溶解程度和 As(V) 的释放。此外， S( -II) 浓度的提高会引发更多砷的释放。 在此还原溶解过程中， ferrihydrite 转化形成了比表面积小但更稳定的Goethite 和 Magnetite。溶解过程中释放的 Fe(II)会与 S( -II)结合形成 mackinawite。新生成的次生铁矿物存在着活性吸附位，会进一步固定体系中溶解态的 As(V)。研究结果进一步表明，固相中的As(V) 主要结合在 Goethite、Magnetite和残余的 Ferrihydrite 表面上。.本文的研究意义在于揭示厌氧地下水环境中铁矿物还原溶解过程砷的迁移规律，探索当厌氧沉积物硫铁矿被转移至含水层时所发生的氧化溶解过程中砷的迁移机理，为有效控制自然水环境中的砷污染提供理论基础与实验数据。