EST | 南京土壤所在環境中鎘的遷移轉化機制方面取得新進展

2021-02-11 農環視界

鎘(Cd)是環境中毒性最強的重金屬之一，且活性強，對人類健康具有一定的威脅。環境中的氧化錳對重金屬具有很強的固定能力，是環境中Cd的主要載體之一。中科院南京土壤研究所研究員王玉軍團隊早期研究發現，在氧化還原交界面上，如：乾濕交替的稻田、湖泊和海洋的氧化還原漸變帶等區域，還原性物質如Fe(II)、Mn(II)可改變氧化錳的性質，形成次生礦物，進而影響氧化錳對Cd的固定（Chemical Engineering Journal, 2018 353:165-175；Environment International, 2019 130: 104932）。土壤中的還原性硫不僅可以有效還原氧化錳，還可與Cd形成絡合物/沉澱，還原性硫的雙重效應使土壤中Cd的歸趨變得更為複雜，但其環境化學過程與機制尚不清楚。

為此，王玉軍團隊對還原性硫（S2-、半胱氨酸）如何影響吸附於氧化錳表面Cd的形態轉化這一問題開展了深入探究。研究發現：低濃度的S2-使Cd從氧化錳的空穴位轉移到邊緣位；高濃度的S2-使吸附於氧化錳表面的Cd轉化為CdS沉澱。當pH較低時，半胱氨酸的加入使初始吸附於氧化錳空穴位的Cd釋放到溶液中，一部分Cd轉移至氧化錳邊緣位；當pH較高時，高濃度的半胱氨酸使Cd從氧化錳表面解吸，釋放的Cd被新生成的含Mn(III)礦物進行再吸附以及形成Cd-半胱氨酸沉澱。總之，Cd的形態轉變由還原性硫所導致的氧化錳的溶解、產生的Mn(II/III)對吸附位點的競爭、Cd(II)與還原性硫形成沉澱這幾種機制共同作用。Cd(II)從氧化錳表面的釋放以及從空穴位至邊緣位的轉移會增加Cd的活性，而CdS以及半胱氨酸-Cd沉澱的形成會降低Cd的環境風險。因此，當氧化錳與還原性硫共存時，與氧化錳結合的Cd的生物可利用性和遷移行為會變得更為複雜。該研究結果對於預測氧化還原交界面上Cd的生物有效性以及開展Cd汙染修復具有重要的指導意義。

該研究成果近日發表在Environmental Science & Technology 上。研究工作得到國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金、中科院知識創新項目的資助。

論文連結：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c02936

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