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        南京土壤所在環境中鎘的遷移轉化機制方面取得進展

        2020-11-12 分享到:

        鎘(Cd)是環境中毒性最強的重金屬之一,且活性強,對人類健康具有一定的威脅。環境中的氧化錳對重金屬具有很強的固定能力,是環境中Cd的主要載體之一。中科院南京土壤研究所研究員王玉軍團隊早期研究發現,在氧化還原交界面上,如:干濕交替的稻田、湖泊和海洋的氧化還原漸變帶等區域,還原性物質如Fe(II)、Mn(II)可改變氧化錳的性質,形成次生礦物,進而影響氧化錳對Cd的固定(Chemical Engineering Journal, 2018 353:165-175;Environment International, 2019 130: 104932)。土壤中的還原性硫不僅可以有效還原氧化錳,還可與Cd形成絡合物/沉淀,還原性硫的雙重效應使土壤中Cd的歸趨變得更為復雜,但其環境化學過程與機制尚不清楚。

        為此,王玉軍團隊對還原性硫(S2-、半胱氨酸)如何影響吸附于氧化錳表面Cd的形態轉化這一問題開展了深入探究。研究發現:低濃度的S2-使Cd從氧化錳的空穴位轉移到邊緣位;高濃度的S2-使吸附于氧化錳表面的Cd轉化為CdS沉淀。當pH較低時,半胱氨酸的加入使初始吸附于氧化錳空穴位的Cd釋放到溶液中,一部分Cd轉移至氧化錳邊緣位;當pH較高時,高濃度的半胱氨酸使Cd從氧化錳表面解吸,釋放的Cd被新生成的含Mn(III)礦物進行再吸附以及形成Cd-半胱氨酸沉淀??傊?,Cd的形態轉變由還原性硫所導致的氧化錳的溶解、產生的Mn(II/III)對吸附位點的競爭、Cd(II)與還原性硫形成沉淀這幾種機制共同作用。Cd(II)從氧化錳表面的釋放以及從空穴位至邊緣位的轉移會增加Cd的活性,而CdS以及半胱氨酸-Cd沉淀的形成會降低Cd的環境風險。因此,當氧化錳與還原性硫共存時,與氧化錳結合的Cd的生物可利用性和遷移行為會變得更為復雜。該研究結果對于預測氧化還原交界面上Cd的生物有效性以及開展Cd污染修復具有重要的指導意義。

        該研究成果近日發表在Environmental Science & Technology上。研究工作得到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金、中科院知識創新項目的資助。

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