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纳米二硫化铁在不同含氧条件下抑制二氧化铀再氧化。

Nano-FeS inhibits UO2 reoxidation under varied oxic conditions.

机构信息

Department of Civil and Environmental Engineering, University of Michigan , Ann Arbor, Michigan 48109, United States.

出版信息

Environ Sci Technol. 2014;48(1):632-40. doi: 10.1021/es4043353. Epub 2013 Dec 23.

DOI:10.1021/es4043353
PMID:24328252
Abstract

Bioreductive in situ treatment of U-contaminated groundwater can convert soluble U(VI) species to immobile reduced U(IV) solid phases such as UO2(s) to contain U movement. Once active bioremediation is halted, UO2 may be subsequently reoxidized if oxidants such as oxygen enter the reducing zone. However, iron sulfide minerals that form during bioreduction may serve as electron sources or oxygen scavengers and inhibit UO2 reoxidation upon oxygen intrusion. In this study, flow-through reactor experiments examined the abiotic kinetics of UO2 oxidative dissolution in the presence of oxygen and nanoparticulate FeS as a function of pH, dissolved oxygen (DO) concentration, and FeS content. The UO2 dissolution rates in the presence of FeS were over 1 order of magnitude lower than those in the absence of FeS under otherwise comparable oxic conditions. FeS effectively scavenged DO and preferentially reacted with oxygen, contributing to a largely unreacted UO2 solid phase during an "inhibition period" as determined by X-ray absorption spectroscopy (XAS). The removal of DO by FeS was significant but incomplete during the inhibition period, resulting in surface-oxidation-limited dissolution and greater UO2 dissolution rate with increasing influent DO concentration and decreasing FeS content. Although the rate was independent of solution pH in the range of 6.1-8.1, the length of the inhibition period was shortened by substantial FeS dissolution at slightly acidic pH. The reducing capacity of FeS was greatest at basic pH where surface-mediated FeS oxidation dominated.

摘要

生物还原原位处理 U 污染地下水可以将可溶性 U(VI)物种转化为不移动的还原 U(IV)固相,如 UO2(s),以包含 U 的迁移。一旦主动生物修复停止,如果氧化剂如氧气进入还原区,UO2 可能随后被再氧化。然而,在生物还原过程中形成的铁硫化物矿物可以作为电子源或氧气清除剂,并在氧气侵入时抑制 UO2 的再氧化。在这项研究中,通过流动反应器实验研究了在氧气存在下 UO2 氧化溶解的非生物动力学,以及纳米颗粒 FeS 作为 pH、溶解氧 (DO) 浓度和 FeS 含量的函数。在有氧条件下,存在 FeS 时 UO2 的溶解速率比不存在 FeS 时高 1 个数量级。FeS 有效地清除了 DO 并优先与氧气反应,在“抑制期”内导致大部分未反应的 UO2 固相,这可以通过 X 射线吸收光谱 (XAS) 来确定。在抑制期内,FeS 去除 DO 的效果显著但不完全,导致表面氧化限制溶解,随着进水 DO 浓度的增加和 FeS 含量的减少,UO2 的溶解速率更大。尽管在 6.1-8.1 的范围内,溶液 pH 值对速率没有影响,但在略微酸性 pH 值下,FeS 的大量溶解会缩短抑制期的长度。在碱性 pH 值下,FeS 的还原能力最大,此时表面介导的 FeS 氧化占主导地位。

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