砷 (As) 是一種常見的準金屬元素，由于其高毒性和致癌性而備受關注。在自然環境中，砷主要以亞砷酸鹽和砷酸鹽這種無機形式存在。相比于As(V)，As(III)具有更大的毒性。自然環境中，Fe-Mn二元氧化物廣泛存在，由于其廉價，對環境無害，且對As(III)具有較高的去除能力，而引起了人們越來越多的關注。盡管許多研究已經探討了合成鐵錳二元氧化物對As(III)的去除效果和作用機制，但是針對天然鐵錳礦物對As(III) 氧化和吸附表面化學機制尚不明確。
基于以上背景，武漢植物園濕地生態學學科組和華中農業大學環境污染修復團隊聯合研究了鐵錳二元氧化物對砷氧化和吸附表面化學機制。研究人員評價和比較了三種不同Mn:Fe比的天然鐵錳礦對As(III) 的氧化和吸附作用（圖1）。高Mn:Fe比的天然鐵錳礦對As(III)有較強的氧化能力，而天然鐵錳礦對As(III)的吸附效率隨著Fe含量的增加而增加。吸附劑用量僅對錳含量較高的天然鐵錳礦氧化As(III)有較大的影響。當pH值從6增加到7.9時，天然鐵錳礦對As(III)的氧化隨之增加。此外，焦磷酸鈉的添加使得天然鐵錳礦對As(III)氧化速率增加了68%，而隨著焦磷酸鈉添加濃度的增大，進一步提高As(III)的氧化速率。FTIR和XPS分析表明，焦磷酸鈉與Mn(III)不斷形成絡合物，加速了Mn(IV)還原成Mn(III)。隨后，這些絡合物的溶解導致了額外的氧化吸附位點的產生，有利于As(III)氧化成As(V)。天然鐵錳礦對As(III)的去除是氧化和吸附共同作用的結果，其中氧化錳負責As (III)的氧化，而氧化鐵在砷的吸附中起主要作用。本工作闡明了天然鐵錳礦對As (III)氧化和吸附機理，發現添加液體螯合劑焦磷酸鈉可以顯著性提高天然鐵錳礦對As(III)氧化性能，這將有助于天然鐵錳礦成為一種很有前景的高效吸附劑用于大規模砷污染廢水處理。
研究成果以“Arsenite simultaneous sorption and oxidation by natural ferruginous manganese ores with various ratios of Mn/Fe”為題，發表于國際學術期刊《Chemical Engineering Journal 》(IF=8.47 )。武漢植物園助理研究員馬琳和華中農業大學涂書新教授分別為第一作者和通訊作者。這項工作得到了國家自然科學基金（51709255）和國家重點研究開發計劃（2018YFC1800305）支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123040
圖1 天然鐵錳礦氧化對As(III)氧化和吸附表面化學機制
