有机磷与土壤矿物相互作用及其环境效应研究进

2019-11-01 10:49 来源: 来源: 北京新闻在线

北极星环境修复网讯:土壤有机磷是土壤环境中重要的磷组分,其在环境中的界面反应影响着磷素的迁移、转化、生物有效性以及环境行为。深入并系统研究土壤有机磷与矿物的相互作用及其环境效应,有助于提高对环境中有机磷的分布、形态、生物有效性等方面的认识,有利于全面了解磷素的迁移、转化与生物地球化学循环。

论文总结了近十年以来土壤中典型有机磷(植酸、甘油磷酸、葡萄糖-6-磷酸等)在矿物表面的吸附-解吸、溶解-沉淀等反应特性和微观机制,有机磷-矿物相互作用对有机磷形态、金属离子界面反应行为,以及矿物胶体化学稳定性与溶解转化的影响等环境效应。

土壤有机磷可含多个磷酸基团,相对分子质量大,电荷密度高,通过界面反应与环境矿物发生强烈的相互作用,并影响矿物的电荷性质、共存金属离子的吸附特性、以及胶体化学稳定性。有机磷界面反应特性和机制受矿物类型和结晶度、有机磷相对分子质量、离子强度、pH、温度和共存配体或离子等因素的影响。有机磷在矿物表面的吸附密度一般随着体系pH、矿物结晶度和有机磷相对分子质量的升高而降低。有机磷在矿物表面的吸附起始经历快速吸附阶段,极短时间(数分钟)内达到一定的吸附量,随后是一个较长时间(数小时至数天,甚至数月)的慢吸附过程。有机磷一般可在矿物表面形成内圈络合物,某些情况下还存在氢键作用(图1),甚至转化形成表面沉淀。矿物类型、解吸剂类别、预吸附时间、磷化合物类型等均影响有机磷的解吸程度。

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图1 葡萄糖-1-磷酸在针铁矿表面的吸附机制简图

有机磷与矿物的相互作用会产生一系列的环境效应。有机磷和金属离子在矿物表面的吸附一般存在协同效应(尤其是在低pH条件下),即金属离子促进了有机磷的吸附,有机磷也促进金属离子的固定;吸附机制因反应体系而异,主要包括形成三元表面络合物和表面沉淀等,多数时候存在多种机制的共同作用(图2)。矿物吸附有机磷后其分散和聚集状态会发生变化;对于特殊反应体系,有机磷与矿物的作用会影响矿物的稳定性,导致矿物发生转化(图3)。

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图2 植酸与锌离子在γ-氧化铝表面的共吸附机制简图

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图3 植酸与氧化锌纳米颗粒间的反应机制简图

今后的研究重点应更多地关注:(1)不同因素,如矿物组成与结构(复合矿物、同晶替代矿物等)、氧化还原条件以及微生物等对有机磷在矿物表面吸附特性及机制的影响;(2)有机磷在矿物表面吸附-解吸的微观分子机制。加强有机磷-矿物相互作用过程中,表面络合吸附与表面沉淀的定量区分;(3)有机磷-矿物相互作用对有机物界面行为的影响、有机磷-矿物相互作用对有机磷的生物有效性及土壤矿物结构与演化的影响。

原标题:有机磷与土壤矿物相互作用及其环境效应研究进展

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