外源Mn（Ⅱ）对吸附于δ-MnO表面的Cd迁移转化行为的影响

作     者：杜晓菲 樊广萍 黄琴 张雨婷 童非 张明超 邱一格 陈金林 高岩 

作者机构：南京林业大学南方现代林业协同创新中心 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部长江中下游农业环境重点实验室/国家农业环境六合观测实验站 江苏大学环境与安全工程学院 南京农业大学资源与环境学院 安徽农业大学资源与环境学院 江苏省耕地质量与农业环境保护站 江苏省生态环境监测监控有限公司 

出 版 物：《农业资源与环境学报》 (Journal of Agricultural Resources and Environment)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 120405[管理学-土地资源管理] 

基　　金：江苏省农业科技自主创新资金(CX(21)3074) 2021年太仓市安全利用推进区(示范基地)核心区基地建设与示范项目(TCGGZY-2021G161) 江苏高校优势学科建设工程资助项目 

主　　题：土壤矿物 δ-MnO 镉 Mn(Ⅱ) 吸附 解吸 

摘      要：为探究外源Mn（Ⅱ）对吸附于水钠锰矿(δ-MnO2)表面的Cd（Ⅱ）迁移转化行为的影响，采用土壤矿物培养试验，研究了厌氧-好氧条件下，添加不同浓度(2.5 mmol·L-1、10 mmol·L-1)Mn（Ⅱ）以及不同的添加速率（一次添加、分次添加）对δ-MnO2吸附固定Cd（Ⅱ）的影响。结果表明，添加Mn（Ⅱ）导致δ-MnO2表面的Cd（Ⅱ）发生显著解吸，解吸率为20.5%～40.8%，高浓度Mn（Ⅱ）处理中Cd（Ⅱ）解吸率比低浓度处理高5.3～10.6个百分点，分次添加Mn（Ⅱ）处理中Cd（Ⅱ）解吸率比一次添加处理高0.6～4.1个百分点。在厌氧阶段，Mn（Ⅱ）通过与Cd（Ⅱ）竞争吸附位点，使吸附于δ-MnO2表面的Cd（Ⅱ）的稳定性降低并释放到溶液中。同时，XRD、FTIR和XPS结果表明，Mn（Ⅱ）与δ-MnO2发生氧化还原反应并在活性氧（ROS）的催化作用下生成β-MnOOH，同时降低了体系pH值。进入有氧阶段后，固相中Mn（Ⅲ）比例增加，β-MnOOH特征峰增强，氧气催化氧化Mn（Ⅱ）生成了更多的β-MnOOH，β-MnOOH对Cd（Ⅱ）的吸附能力较弱，有氧阶段Cd（Ⅱ）解吸率较厌氧阶段略有升高。电子顺磁的结果表明，分次添加Mn（Ⅱ）处理通过促进厌氧阶段超氧自由基(O2·-)的产生和延缓好氧阶段O2·-的衰减增加了Mn（Ⅲ）的产生，降低了Cd（Ⅱ）在固相上的稳定性，进一步导致Cd（Ⅱ）的解吸。本研究发现外源Mn（Ⅱ）导致δ-MnO2表面Cd（Ⅱ）的解吸，阐明了Mn（Ⅱ）与δ-MnO2共存时Cd（Ⅱ）的固定与迁移机制。