厌氧环境中硫代As(Ⅴ)在水-矿物界面的吸附研究

摘要

水体中砷的迁移转化行为受其赋存形态影响.一般有氧水体和缺氧水体中,常见的无机砷形态为砷酸根(HAsO42-,H2AsO4-和AsO43-)或亚砷酸(H3AsO3);在一些含硫的缺氧水体中,元素硫参与砷的地球化学循环,与之形成含砷硫化物沉淀或者可溶的硫代砷(thioarsenic species).硫代砷形态十分复杂,按照砷的价态可分为硫代As(Ⅴ)(thioarsenate,H3AsⅤOxS4-x,x=0～3)和硫代As(Ⅲ)(thioarsenite,H3AsⅢOxS3-x,x=0～2).本研究以实验室合成的硫代As(Ⅴ)为研究对象，开展厌氧条件下硫代As(Ⅴ)在无定形氢氧化铝、磁铁矿、硫化亚铁和针铁矿表面的吸附行为研究，结合同步辐射（XAS）和红外光谱（FTIR）以揭示硫代As(Ⅴ)在矿物表面的吸附特性和键合模式。研究表明在中性pH条件下，硫代As(Ⅴ)在无定形氢氧化铝、磁铁矿和针铁矿表面的吸附量都显著小于砷酸盐，矿物对硫代As(V)的吸附量较小的原因与硫代As(Ⅴ)的分子尺寸、吸附过程中矿物的溶解和硫代As(V)的形态转化密切相关；硫代As(Ⅴ)在矿物表面的吸附量随着p H（4~10）的上升而下降，该下降趋势与砷酸盐的相一致，由矿物表面电荷和溶液中带负电的离子决定。但在马基诺矿表面，硫代As(Ⅴ)的吸附量大于砷酸盐，硫代程度越高吸附量越大，p H对吸附量的影响与其他矿物一致。研究结果显示硫代As(Ⅴ)在矿物表面的吸附特性与常见的砷酸盐和亚砷酸盐不同，且易发生形态转化形成毒性和迁移性更强的亚砷酸盐。因此，在研究和评估含硫环境（如含硫地下水体、含砷硫化矿物风化孔隙水）中砷的迁移和转化行为时，硫代As(Ⅴ)的吸附特性、脱硫转化以及pH的影响都需要加以重视。