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| 输入次序对水铁矿-水界面砷磷竞争吸附特性的影响 |
| Effect of addition sequence on the competitive adsorption behavior of arsenate and phosphate at the interfaces of ferrihydrite and water |
| 投稿时间：2026-03-30 修订日期：2026-05-15 |
| DOI： |
| 中文关键词: 砷酸盐 磷酸盐 水铁矿 竞争吸附 界面反应 配位构型 |
| 英文关键词: Arsenate Phosphate Ferrihydrite Competitive adsorption Interfacial reaction Coordination configuration |
| 基金项目:国家自然科学基金（42377008） |
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| 中文摘要: |
| 为探究不同输入次序下砷酸盐与磷酸盐在水铁矿表面的竞争吸附机理，本研究选取环境中广泛分布且反应活性高的水铁矿为研究对象，设置了具有不同阴离子输入次序（先砷后磷、先磷后砷及同步共吸附）的水铁矿-砷/磷竞争吸附体系。通过批量动力学实验探究了不同pH条件下砷与磷的竞争置换与胶体稳定性响应特性，通过X射线衍射、Zeta电位、动态光散射（dynamic light scattering, DLS）、扫描透射电子显微镜（scanning transmission electron microscopy, STEM）、傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS）结合表面络合模型，对界面反应机制进行了多尺度表征与定量分析。结果表明，输入次序显著影响吸附平衡，砷酸盐的平衡吸附量在“先砷后磷”体系中最高，共吸附次之，“先磷后砷”最低，磷酸盐吸附量对于反应次序的响应规律与砷酸盐相反。Zeta电位与DLS分析表明，砷酸盐较磷酸盐向水铁矿表面转移了更多负电荷，具有更强的内层配位亲和力；表面电荷的反转增强了颗粒间的静电排斥，诱导pH 5.5和7.0条件下的团聚体发生解聚；而在pH 4.0条件下静电解聚不完全，表明低pH条件下的界面竞争吸附主要受内圈络合等特异性配位及空间位阻效应主导。STEM元素分析结果进一步表明，砷与磷在水铁矿表面呈现出高度一致的空间分布特征，未发现独立沉淀相。FTIR、XPS及电荷分布多位点络合模型定量计算结果进一步表明，砷酸盐更倾向于形成稳定的双齿双核结构，而磷酸盐主要以单齿构型或外层络合形式存在。综合批量动力学实验、多尺度表征及热力学模型结果可知，砷磷在水铁矿-水界面的选择性固存主要受配位构型稳定性及位点占据优先级的共同控制。 |
| 英文摘要: |
| 突破了传统多组分同步共吸附研究基于热力学平衡假设的认识局限，构建了不同输入次序条件下的砷酸盐–磷酸盐顺序竞争吸附体系，系统揭示了反应路径对水铁矿表面竞争吸附行为的关键调控作用。研究发现，吸附质的输入顺序能够显著影响砷、磷在水铁矿表面的竞争吸附行为及其不可逆分配特征，表现出明显的反应路径依赖性与竞争选择性。针对传统同步吸附实验难以揭示界面优先占位及非对称竞争机制的问题，本研究以水铁矿为代表性铁氧化物，结合STEM、FTIR、XPS等多尺度表征手段及CD-MUSIC表面络合模型，从宏观吸附行为到配位结构解析了不同输入次序下的界面反应机制，阐明了砷、磷在水铁矿表面的非对称竞争与配位结构差异对最终吸附结果的调控作用。 |
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