低分子量有机酸(苹果酸)对方解石-氟的吸附/沉淀反应影响

作     者：李振炫 冯添禧 吴超越 张大鹏 王逸 朱珠 桂尉竣 向育斌 David DECROOCQ LI Zhen-xuan;FENG Tian-xi;WU Chao-yue;ZHANG Da-peng;WANG Yi;ZHU Zhu;GUI Wei-jun;XIANG Yu-bin;David DECROOCQ

作者机构：南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心/江苏省大气环境监测与污染控制高技术重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学气候与环境变化教育部国际合作联合实验室江苏南京210044 生态环境部南京环境科学研究所江苏南京210042 南京信息工程大学化学与材料学院江苏南京210044 里尔大学地球科学学院诺尔里尔59650 

出 版 物：《地球科学与环境学报》 (Journal of Earth Sciences and Environment)

年 卷 期：2024年第46卷第4期

页      面：499-512页

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41303096,41201515) 江苏省环保项目(2022016) 教育部留学回国人员科研启动基金项目(S131304001) 江苏省自然科学基金项目(BK20210655) 

主　　题：方解石 氟 苹果酸 溶液化学 吸附 溶解 络合 沉淀 

摘      要：低分子量有机酸常对矿物的表面反应(吸附/沉淀)产生影响,从而影响矿物的溶解、矿化等过程,进而影响环境地球化学进程中元素的迁移稳定性。苹果酸作为一种广泛存在于自然界中的有机酸,是植物通过代谢过程分泌的副产品。通过批量平衡法开展了苹果酸对方解石-氟的吸附/沉淀反应的影响研究,旨在深入理解有机酸在地球化学过程中的作用。结果表明:①初始pH值为7.7条件下,对于低浓度氟(≤5 mg·L^(-1)),随着苹果酸浓度的升高,其对氟去除的抑制作用呈增强趋势;对于中、高浓度氟(25或60 mg·L^(-1)),氟去除主导机制为CaF 2沉淀反应,苹果酸的抑制作用对其影响不大,但其表面吸附反应导致pH值升高和钙浓度下降。②初始pH值为8.3条件下,对于低浓度氟(≤20 mg·L^(-1)),苹果酸对氟去除仍有抑制作用;苹果酸与Ca 2+的络合反应促使pH值和钙浓度上升;对于中浓度氟(60 mg·L^(-1)),氟去除主导机制为CaF 2沉淀反应,20 mg·L^(-1)苹果酸已对其产生抑制作用,随着苹果酸浓度继续升高,pH值先降后升,钙浓度持续上升,彰显了苹果酸络合反应的效应;对于高浓度氟(100 mg·L^(-1)),100 mg·L^(-1)苹果酸能极大抑制CaF 2沉淀反应,对应的pH值未超过无苹果酸时,对应的钙浓度仍低于其空白背景值,暗示了CaF 2沉淀反应的主导性。③初始pH值为8.7条件下,对于低浓度氟(≤5 mg·L^(-1)),苹果酸对氟去除的抑制作用有所减弱,但其络合反应产生的效应十分显著,导致pH值和钙浓度上升;对于高浓度氟(240 mg·L^(-1)),氟去除主导机制为CaF 2沉淀反应,该反应随着苹果酸浓度的升高而受到抑制,对应的钙浓度不断上升彰显苹果酸络合反应的效应,而pH值的下降也表明了CaF 2沉淀反应的主导性。本研究深入探讨了氟元素在方解石矿物界面上的吸附、迁移和转化过程,为理解氟的迁移稳定性提供了新的视角和理论基础,同时对富含有机酸环境中方解石矿物的稳定性评估具有重要意义,也为氟在其他矿物上的迁移转化研究提供借鉴。