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我校发表关于环境矿物界面反应动力学自我综述

核心提示: 近日,我校资源与环境学院王荔军教授团队收到Accounts of Chemical Research邀请,发表在环境矿物界面溶解和沉淀反应动力学这一合作研究主题的自我总结、分析和展望的综述。

南湖新闻网讯 (通讯员 张文君)近日,我校资源与环境学院王荔军教授团队收到Accounts of Chemical Research邀请,发表了课题组和德国明斯特大学矿物学研究所(Drs. Andrew Putnis和Christine Putnis)近十年在环境矿物界面溶解和沉淀反应动力学这一合作研究主题的自我总结、分析和展望的综述:Dissolution and Precipitation Dynamics at Environmental Mineral Interfaces Imaged by In Situ Atomic Force Microscopy。

矿物–溶液界面上发生的化学反应控制许多重要的环境界面过程,例如地质化学元素循环、污水中的养分回收、有毒元素的扣押以及地质碳的存储等。深入研究(亚)纳米尺度到原子和分子尺度的界面反应机制有助于揭示宏观尺度的反应动力学。并且该界面研究中所涉及的微观尺度的实验方法及反应机制也是国内外化学家关注的热点问题。自2009年王荔军教授到华农任职,课题组一直致力于研究矿物–溶液界面微观反应机理。借助原位原子力显微镜实时观测技术,在该研究领域获得了系统且深入的研究结果。

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原子力显微镜原位观测纳米级碳酸钙及磷酸钙典型晶面的螺旋生长及溶解(上排图)。涉及环境矿物界面上的植物营养元素(N和P)回收、毒性元素(As, Se, Cd, Pb, Sb和U)扣押和地质碳(CO2和土壤有机质)存储的分子级矿物界面反应和耦合的溶解/再沉淀反应动力学机制(下排图)。

此项系统研究主要利用原子力显微镜原位实时成像纳米级矿物–溶液界面的溶解–沉淀反应及其再平衡的动力学过程。结合单分子力谱和分子模拟计算,系统调查了各种环境矿物(碳酸钙、碳酸铁、碳酸铅、碳酸镁、磷酸钙、氢氧化镁、氢氧化钙和氧化铁等)在含有不同溶液种类(砷酸根、磷酸根、有机磷、碳酸根、硒酸根、Pb/Cd等重金属离子)的溶液中反应,最终定量确定了界面溶解和生长速率以及反应机制,反应后的产物相取代了母本相实现了有毒污染物和有机/无机碳的扣押以及植物养分元素的回收,具体包括无机磷的沉淀、根系分泌的有机酸活化难溶性磷的浓度效应、腐殖酸抑制磷的沉淀和转化、有机磷和焦磷酸的固定、土壤有机碳的矿物封存、土壤有机物在矿物表面非共价键合的作用机制、短肽差异性结合无机磷和砷的热力学机制、镉砷共沉淀和磷铅的固定机制等。这些微观界面反应机制的研究对预测宏观植物营养和污染物的命运、化学元素的循环和地质碳储存具有重要的现实意义。

本课题研究获得国家自然科学基金面上项目以及华中农业大学中央高校基本科研业务费的资助。

审核人:王荔军

论文链接https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.0c00128

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责任编辑:于栩申
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