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天然蒙脱石上的 Fe(II) 摄取。I. 宏观和光谱特征。

Fe(II) uptake on natural montmorillonites. I. Macroscopic and spectroscopic characterization.

机构信息

Laboratory for Waste Management, Paul Scherrer Institut , 5232 Villigen PSI, Switzerland.

出版信息

Environ Sci Technol. 2014;48(15):8688-97. doi: 10.1021/es501887q. Epub 2014 Jul 8.

DOI:10.1021/es501887q
PMID:24930689
Abstract

Iron is an important redox-active element that is ubiquitous in both engineered and natural environments. In this study, the retention mechanism of Fe(II) on clay minerals was investigated using macroscopic sorption experiments combined with Mössbauer and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectroscopy. Sorption edges and isotherms were measured under anoxic conditions on natural Fe-bearing montmorillonites (STx, SWy, and SWa) having different structural Fe contents ranging from 0.5 to 15.4 wt % and different initial Fe redox states. Batch experiments indicated that, in the case of low Fe-bearing (STx) and dithionite-reduced clays, the Fe(II) uptake follows the sorption behavior of other divalent transition metals, whereas Fe(II) sorption increased by up to 2 orders of magnitude on the unreduced, Fe(III)-rich montmorillonites (SWy and SWa). Mössbauer spectroscopy analysis revealed that nearly all the sorbed Fe(II) was oxidized to surface-bound Fe(III) and secondary Fe(III) precipitates were formed on the Fe(III)-rich montmorillonite, while sorbed Fe is predominantly present as Fe(II) on Fe-low and dithionite-reduced clays. The results provide compelling evidence that Fe(II) uptake characteristics on clay minerals are strongly correlated to the redox properties of the structural Fe(III). The improved understanding of the interfacial redox interactions between sorbed Fe(II) and clay minerals gained in this study is essential for future studies developing Fe(II) sorption models on natural montmorillonites.

摘要

铁是一种重要的氧化还原活性元素,在工程和自然环境中无处不在。本研究采用宏观吸附实验结合穆斯堡尔谱和扩展 X 射线吸收精细结构(EXAFS)光谱研究了粘土矿物对 Fe(II)的保留机制。在缺氧条件下,对具有不同结构 Fe 含量(0.5 至 15.4wt%)和不同初始 Fe 氧化还原态的天然含 Fe 蒙脱石(STx、SWy 和 SWa)进行了吸附边缘和等温线测量。批实验表明,在低 Fe 负载(STx)和连二亚硫酸盐还原粘土的情况下,Fe(II)的摄取遵循其他二价过渡金属的吸附行为,而在未还原的富 Fe(III)蒙脱石(SWy 和 SWa)上,Fe(II)的吸附增加了 2 个数量级。穆斯堡尔谱分析表明,几乎所有被吸附的 Fe(II)都被氧化为表面结合的 Fe(III),在富 Fe(III)蒙脱石上形成了次生 Fe(III)沉淀,而在 Fe 低负载和连二亚硫酸盐还原的粘土上,吸附的 Fe 主要以 Fe(II)形式存在。结果提供了有力的证据,表明粘土矿物上 Fe(II)的摄取特征与结构 Fe(III)的氧化还原性质密切相关。本研究中对吸附 Fe(II)与粘土矿物之间界面氧化还原相互作用的深入了解,对于未来在天然蒙脱石上开发 Fe(II)吸附模型的研究至关重要。

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