太阳光诱导铁氧化物生成与转化及其吸附Cr(Ⅵ)行为

【作者】 邱国红； 刘立虎； 王伟华； 舒志鹏； 贾赵恒； 谭文峰； 刘凡；

【机构】 华中农业大学资源与环境学院；

【摘要】 [目的]铁氧化物广泛存在于土壤和沉积物中,其形成和转化过程影响重金属、有机污染物迁移、转化与归趋。自然界中Fe_aq～（2+）氧化成Fe（Ⅲ）氧化物多为微生物介导,较少关注缺氧条件下Fe_aq～（2+）的非生物光氧化过程。[方法]本工作在实验室探明了光照对硝酸根溶液中Fe_aq～（2+）的氧化及Fe_aq～（2+）催化水铁矿转化过程的影响,考察了蒙脱石对光生施氏矿物吸附Cr（Ⅵ）行为的影响。[结果]Fe_aq～（2+）可被硝酸根光解产生的羟基自由基（OH～·）和超氧自由基（O₂～（·-））氧化为Fe（Ⅲ）氧化物,且Fe（Ⅲ）氧化物组成受阴离子种类和pH值影响。FeSO₄作为铁源时产物为纯相施氏矿物。随着pH从6.0降低到3.0,施氏矿物颗粒粒径增加。当SO₄～（2-）浓度降低到0.1 mmol L～（-1）时生成针铁矿和纤铁矿混合物。而FeCl₂为铁源,初始pH 6.0时得到纯相纤铁矿。初始pH值降至3.0和4.5时,生成纤铁矿和针铁矿混合相。在Fe_aq～（2+）（FeSO₄）催化水铁矿转化过程中,pH 6.0时,在氮气氛围下紫外光（300-400 nm）激发水铁矿产生的OH～·、O₂～（·-）及h_vb～+将Fe～（2+）氧化生成针铁矿和纤铁矿,且O₂～（·-）和h_vb～+为主要氧化剂。紫外光照加速了Fe（Ⅱ）-水铁矿络合物之间的配体到金属电荷转移过程。太阳光促进Fe～（2+）氧化为针铁矿和纤铁矿,且纤铁矿相对含量随光照强度增加而增加。在pH降低为3.0和4.5时,Fe～（2+）光化学氧化为施氏矿物,较空气氛围暗反应速率高。腐殖酸可降低Fe～（2+）光氧化速率。在蒙脱石表面光化学生成的施氏矿物其单位铁（氧化物）吸附Cr（Ⅵ）容量显著上升。[结论]本工作表明太阳光照射可影响自然水体、土壤与沉积物表面Fe～（2+）氧化过程,扩展了对自然环境中铁氧化物形成转化及环境效应的认识。更多还原