铝同晶替代对水铁矿向赤铁矿转化的影响

李葳，王文涛，殷辉

1.湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，武汉 430064；2.农业农村部农产品质量安全风险评估实验室(武汉)，武汉 430064；3.华中农业大学资源与环境学院，武汉430070

水铁矿(ferrihydrite，Fh)广泛存在于自然环境中[1-2]。关于水铁矿的结构一直存在争议，目前有2种主要观点：混合多相模型和单一相模型[2-4]。混合多相模型中水铁矿是由3种组分组成：无结构缺陷组分、有结构缺陷组分和超分散赤铁矿相[3]。单一相模型由Michel等通过原子配对分布函数分析提出，基本构成单元为α-Keggin团簇体[4]。

由于具有极大的比表面积、高表面活性等性质，水铁矿可通过吸附、沉淀等过程固定环境中的重金属、有机污染物，从而降低污染物毒性[5-7]。然而由于水铁矿结构的不稳定性，常会转化为其他更稳定的铁氧化物[8]。作为热稳定最高的铁氧化物之一，赤铁矿是水铁矿拓扑转化的重要产物，因此赤铁矿和水铁矿在结构上具有一定的相关性[8-9]。透射电镜(TEM)分析表明水铁矿向赤铁矿转化的过程中，水铁矿颗粒聚集形成团聚体；之后在水铁矿团聚体中形成赤铁矿晶核，最终形成单个赤铁矿晶体。团聚过程可以促进赤铁矿的形成，甚至是赤铁矿形成的先决条件[7]。同步辐射扩展X射线吸收精细结构光谱(EXAFS)分析表明，在水铁矿转化产物的X射线衍射图谱(XRD)中出现赤铁矿衍射峰之前，矿物中共面[FeO6]八面体已经形成，随后是脱水过程以及矿物内部阳离子、空位在氧阴离子紧密堆积骨架中重排[9]。脱水过程中涉及矿物表面羟基去质子化和oxo键的形成[1]。……