联用原位在线XAFS和锌稳定同位素理解锌在凹凸棒石界面吸附分子机制
编号:642
访问权限:私有
更新:2023-04-08 16:25:34 浏览:542次
口头报告
摘要
矿物-溶液界面的吸附反应控制着表生环境中微量重金属元素的固定、释放、迁移和转化,理解其机理具有重要的环境地球化学意义。金属离子在矿物-溶液界面的吸附机理研究仍存在以下薄弱点:(1)对传统层状粘土(如高岭石、蒙脱石)研究较多,而链层状结构粘土(如凹凸棒石、海泡石)则鲜少被关注;(2)对表面诱导沉淀产生的主控因子、边界条件及动力学机制仍不清楚。先进同步辐射XAFS技术的发展将界面反应研究提升到了分子水平,但常规XAFS在研究动力学过程特别是成核初始阶段仍存在一定局限性。而原位在线快扫XAS可实时监测吸附反应过程(Siebecker et al., 2014),锌稳定同位素也被证明与界面微观化学结构具有良好耦合关系(Gou et al., 2018;Wang et al., 2023),因此本研究联用这两种技术来揭示锌在凹凸棒石-溶液界面的吸附机制及反应动力学。
结果表明,低pH(pH≤6.0)时,低离子强度下以六配位外圈络合为主导,高离子强度下以六配位内圈络合为主导;在高pH和高初始锌浓度(pH≥7.5、C0≥0.4 mM)下,锌吸附由表面诱导沉淀反应主导,且沉淀形态为结晶态的六配位锌层状硅酸盐相。在锌的吸附沉淀动力学过程中,原位快扫XAS表明锌形态由初始阶段(分钟尺度)的四配位内圈络合物转化为反应中期(小时尺度)的六配位内圈络合物,直至反应末期(天尺度)形成六配位锌的层状硅酸盐沉淀;同时锌同位素也由反应初期的显著分馏(0.53±0.05‰)转变为达到反应平衡后无明显分馏(0.05±0.04‰)。原位XAS和锌同位素一致的演化趋势揭示了吸附沉淀动力学过程中锌局域配位环境的变化,将当前对表面吸附/沉淀的理解从静态提升到动态,并展现了金属稳定同位素应用于示踪环境界面反应动力学的潜力。
关键词
界面吸附,,重金属锌,锌同位素,原位快扫XAS,同步辐射,凹凸棒石
稿件作者
莫昕欣
南京大学
TakahashiYoshio
The University of Tokyo
SiebeckerMatthew
Texas Tech University
李伟
南京大学
发表评论