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矿物表面诱导重金属沉淀的分子地球化学机制及环境修复价值
结题报告
批准号:
41473084
项目类别:
面上项目
资助金额:
88.0 万元
负责人:
李伟
依托单位:
学科分类:
D0707.环境地球化学
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
文宇博、邵文静
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中文摘要
重金属在与环境矿物表面接触时发生的诱导沉淀效应是天然多介质环境中普遍存在的一种地球化学反应。这一过程对于锁定土壤有毒重金属,降低重金属活性和生物可利用性具有重要意义,但是这一反应的地球化学机制研究中存在若干尚待查明的问题:1)反应产物的快速鉴别与化学表征;2)沉淀产生的动力学过程;3)沉淀反应与矿物表面属性的内在耦合关系。为了深入研究这一基础地球化学反应,本项目将采用先进的同步辐射技术手段,并辅以固体核磁共振、高分辨电子显微镜和原子力显微镜等手段表征表面沉淀的物理、化学属性及其与矿物表面活性之间的耦合关系;拟开发时间分辨X射线吸收精细光谱技术(Quick-EXAFS)来研究重金属在矿物-水溶解界面的原位反应动力学过程;探索粘土矿物填埋技术在修复重金属污染土壤的可行性以及阐明其该过程中的重金属锁定机制。
英文摘要
Mineral surface induced metal precipitation is a prevalent geochemical reaction occurring at mineral-water interface. This reaction also has strong environmental implications, because it is a major pathway for heavy metals to be sequestered (or removed) from contaminated environment, which significantly reduces heavy metals activity and bioavailability. But a number of important issues in terms of the reaction mechanism remain unclear: 1) rapid identification and chemical characterization of the reaction product; 2) formation kinetics of the metal precipitates; 3) relationship between the precipitation reaction and the intrinsic properties of the mineral surface. In order to fundamentally understand the basis of geochemical reactions, we proposed an experimental program, which will employ advanced synchrotron radiation techniques, supplemented by solid state NMR, high-resolution transmission electron microscopy, and atomic force microscopy, to address these issues. A very novel idea in this proposed research is that we plan to develop time-resolved X -ray absorption fine spectroscopy (Quick-EXAFS) to in situ monitor the reaction kinetic of heavy metals sorption mechanism at mineral-water interface. Additionally, we plan to explore the feasibility of amending clay minerals to remediate heavy metal contaminated soil and address the underlying metal sequestration mechanisms.
重金属在与环境矿物表面接触时发生的诱导沉淀效应是天然多介质环境中普遍存在的一种地球化学反应。这一过程对于锁定土壤有毒重金属,降低重金属活性和生物可利用性具有重要意义,但是这一反应的地球化学机制研究中存在若干尚待查明的问题:反应产物的快速鉴别与化学表征;沉淀产生的动力学过程;沉淀反应与矿物表面属性的内在耦合关系。为了深入研究这一基础地球化学反应,本项目将采用先进的同步辐射技术手段,并辅以固体核磁共振、高分辨电子显微镜和原子力显微镜等手段表征表面沉淀的物理、化学属性及其与矿物表面活性之间的耦合关系;拟开发时间分辨X射线吸收精细光谱技术(Quick-EXAFS)来研究重金属在矿物-水溶解界面的原位反应动力学过程;探索粘土矿物填埋技术在修复重金属污染土壤的可行性以及阐明其该过程中的重金属锁定机制。研究表明1)同步辐射技术可以进一步改进实现对化学反应的原位动力学表征;2)有机配体对金属离子的表面吸附和沉淀行为产生较大影响;3)Ni Zn Co等金属离子与氧化铝表面反应吸附时不会产生竞争效应,而是形成多金属层状氢氧化物沉淀;4)Zn离子在氧化铝表面的吸附机制受pH和浓度控制,进而影响Zn稳定同位素在界面吸附过程中的分馏行为;5)Zn同位素分馏与Zn离子吸附产物的微观结构紧密关联,因而可用Zn同位素分馏效应示踪Zn离子的界面吸附动力学过程;6)凹凸棒石由于其独特的隧道结构,因此表现出与层状黏土更为优异的金属吸附性能,其表面可诱导金属镍离子转化为氢氧化镍沉淀。这些研究结果可加深目前学界对重金属离子表面吸附机理的认识,并有望转化为潜在的修复技术加以推广。
期刊论文列表
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Competitive sorption of Ni and Zn at the aluminum oxide/water interface: an XAFS study.
Ni 和 Zn 在氧化铝/水界面的竞争吸附:XAFS 研究。
DOI:10.1186/s12932-018-0054-7
发表时间:2018-03-27
期刊:Geochemical transactions
影响因子:2.3
作者:Gou W;Siebecker MG;Wang Z;Li W
通讯作者:Li W
DOI:10.1021/acsearthspacechem.8b00020
发表时间:2018-06-01
期刊:ACS EARTH AND SPACE CHEMISTRY
影响因子:3.4
作者:Guan, Dong-Xing;Ren, Chao;Li, Wei
通讯作者:Li, Wei
A novel multi-reaction model for kinetics of Zn release from soils: Roles of soil binding sites
土壤中锌释放动力学的新型多反应模型:土壤结合位点的作用
DOI:10.1016/j.jcis.2017.12.006
发表时间:2018
期刊:Journal of Colloid and Interface Science
影响因子:9.9
作者:Peng Lanfang;Shi Zhenqing;Wang Pei;Li Wei;Lin Zhang;Dang Zhi;Sparks Donald L.
通讯作者:Sparks Donald L.
Zn isotope fractionation during sorption on Al oxide: Atomic level undertanding from EXAFS
铝氧化物吸附过程中的锌同位素分馏:EXAFS 的原子水平了解
DOI:--
发表时间:2018
期刊:Environmental Science & Technology
影响因子:11.4
作者:Wenxian Gou;Wei Li;Junfeng Ji;Weiqiang Li
通讯作者:Weiqiang Li
An EXAFS investigation on the mechanism of competitive sorption between Co(II) and Ni(II) at γ-alumina/solution interface.
EXAFS 研究了 γ-氧化铝/溶液界面上 Co(II) 和 Ni(II) 之间的竞争吸附机制。
DOI:--
发表时间:2017
期刊:Acta Geochimica
影响因子:1.6
作者:Wenxian Gou;Junfeng Ji;Wei Li
通讯作者:Wei Li
TREM2/SCD4在蛛网膜下腔出血后调控小胶质细胞吞噬功能的机制研究
  • 批准号:
    82371344
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    李伟
  • 依托单位:
基于电子相关方法的机器学习力场模拟软件开发
  • 批准号:
    22273038
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    李伟
  • 依托单位:
CSF1/CSF1R调控小胶质细胞功能转化在蛛网膜下腔出血中的机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    李伟
  • 依托单位:
应用EXAFS研究金属稳定同位素在矿物-溶液界面吸附反应的分馏机理
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    10万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    李伟
  • 依托单位:
金属锌离子在环境矿物/流体界面的分配机制及其对锌同位素分馏的影响
  • 批准号:
    41977267
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    李伟
  • 依托单位:
低标度量子化学程序
  • 批准号:
    21873046
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    李伟
  • 依托单位:
胆碱能神经元活性在蛛网膜下腔出血后即刻意识障碍中的作用机制研究
  • 批准号:
    81870922
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    李伟
  • 依托单位:
CD24在创伤性脑损伤后神经修复中的作用机制研究
  • 批准号:
    81401029
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    李伟
  • 依托单位:
线性标度的明确相关方法及在复杂体系中的应用
  • 批准号:
    21473087
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    李伟
  • 依托单位:
大分子电子相关方法及在化学反应中的应用
  • 批准号:
    21103086
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    李伟
  • 依托单位:
国内基金
海外基金