Fe(Ⅱ)aq与纤铁矿-胡敏酸复合物交互反应及其结构转化过程研究

作者：王玉洁; 雷琴凯; 卜红玲; 童辉; 董乐恒; 陈曼佳^*; 刘承帅

来源：生态环境学报, 2022, 31(04): 777-784.

DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2022.04.016

• Fe(Ⅱ)
• 有机质
• 纤铁矿-胡敏酸复合物
• 结构转化
• 铁原子交换
• 铁循环

Fe(Ⅱ)与铁氧化物的相互作用过程是铁循环的重要组成部分，影响着土壤中各种元素的地球化学过程。目前关于Fe(Ⅱ)与铁氧化物相互作用的地球化学机制已基本厘清。然而，土壤环境中，铁氧化物和有机质常常结合并形成铁氧化物-有机质（Fe-OM）复合物，使其形成结构更为复杂、活性变化更大的结构单元。Fe(Ⅱ)作用下，Fe-OM复合物结构转化的过程及其作用机制更是缺乏系统性研究。因此，该文以纤铁矿与胡敏酸复合物（Lep-HA）为研究对象，通过室内模拟实验，借助铁稳定同位素标记及XRD、SEM、XPS等矿物结构表征手段，研究在中性厌氧条件下，Fe(Ⅱ)与Lep-HA复合物相互作用电子传递和复合物结构转化的过程及其机制。结果表明：Fe(Ⅱ)与Lep-HA复合物可发生铁原子交换，铁原子交换率可达64.31%—91.82%；铁原子交换速率受Lep-HA复合物中C/Fe比例的影响，C/Fe比例越高铁原子交换速率越低。Lep-HA复合物中胡敏酸可通过降低Fe(Ⅱ)在纤铁矿表面的吸附量等作用，抑制Fe(Ⅱ)与Lep-HA之间的铁原子交换速率。XRD和SEM分析表明，胡敏酸的存在抑制了纤铁矿晶相转变及二次成矿过程；反应30 d时，纯相纤铁矿均转化为针铁矿，不同比例Lep-HA复合物则发生重结晶，生成结晶度更强及晶胞粒径更大的纤铁矿。XPS分析结果表明，反应后Fe(Ⅱ)可与胡敏酸形成Fe-C配体，且Lep-HA复合物结构中C-C基团含量由86.17%降至69.86%，而O-C=O基团含量由13.86%增至16.13%。以上研究结果较系统地阐明了Fe(Ⅱ)和Fe-OM复合物相互作用的地球化学机制，可为深入理解土壤中Fe和C等元素耦合循环的环境地球化学行为提供一定的理论依据。

• 出版日期2022
• 单位环境地球化学国家重点实验室; 中国科学院地球化学研究所; 广东工业大学; 广东省科学院