砷 (As) 是一种常见的准金属元素，由于其高毒性和致癌性而备受关注。在自然环境中，砷主要以亚砷酸盐和砷酸盐这种无机形式存在。相比于As(V)，As(III)具有更大的毒性。自然环境中，Fe-Mn二元氧化物广泛存在，由于其廉价，对环境无害，且对As(III)具有较高的去除能力，而引起了人们越来越多的关注。尽管许多研究已经探讨了合成铁锰二元氧化物对As(III)的去除效果和作用机制，但是针对天然铁锰矿物对As(III) 氧化和吸附表面化学机制尚不明确。
基于以上背景，武汉植物园湿地生态学学科组和华中农业大学环境污染修复团队联合研究了铁锰二元氧化物对砷氧化和吸附表面化学机制。研究人员评价和比较了三种不同Mn:Fe比的天然铁锰矿对As(III) 的氧化和吸附作用（图1）。高Mn:Fe比的天然铁锰矿对As(III)有较强的氧化能力，而天然铁锰矿对As(III)的吸附效率随着Fe含量的增加而增加。吸附剂用量仅对锰含量较高的天然铁锰矿氧化As(III)有较大的影响。当pH值从6增加到7.9时，天然铁锰矿对As(III)的氧化随之增加。此外，焦磷酸钠的添加使得天然铁锰矿对As(III)氧化速率增加了68%，而随着焦磷酸钠添加浓度的增大，进一步提高As(III)的氧化速率。FTIR和XPS分析表明，焦磷酸钠与Mn(III)不断形成络合物，加速了Mn(IV)还原成Mn(III)。随后，这些络合物的溶解导致了额外的氧化吸附位点的产生，有利于As(III)氧化成As(V)。天然铁锰矿对As(III)的去除是氧化和吸附共同作用的结果，其中氧化锰负责As (III)的氧化，而氧化铁在砷的吸附中起主要作用。本工作阐明了天然铁锰矿对As (III)氧化和吸附机理，发现添加液体螯合剂焦磷酸钠可以显著性提高天然铁锰矿对As(III)氧化性能，这将有助于天然铁锰矿成为一种很有前景的高效吸附剂用于大规模砷污染废水处理。
研究成果以“Arsenite simultaneous sorption and oxidation by natural ferruginous manganese ores with various ratios of Mn/Fe”为题，发表于国际学术期刊《Chemical Engineering Journal 》(IF=8.47 )。武汉植物园助理研究员马琳和华中农业大学涂书新教授分别为第一作者和通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金（51709255）和国家重点研究开发计划（2018YFC1800305）支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.123040
图1 天然铁锰矿氧化对As(III)氧化和吸附表面化学机制
