XAFS技术揭示稳定分散纳米材料固砷作用机理

　　纳米Fe3O4由于巨大的比表面，对很多重金属等都有很好的吸附作用。然而纳米材料由于巨大的表面能以及纳米粒子之间的范德华力或者磁力，极易发生团聚，从而减弱了纳米材料的吸附效能以及土壤中的穿透能力。因此，实现纳米材料粒径可控对于纳米材料的应用具有重要意义。中科院生态中心潘纲课题组对稳定剂复合纳米材料的吸附固砷效果进行了深入的研究，研究结果发表在2011年8月的《Environmental Pollution》上。

　　该研究组利用共沉淀法制备纳米Fe₃O₄材料，制备过程中加入水溶性淀粉作为稳定剂，实现了对纳米Fe₃O₄悬浊液的稳定性调控。通过调节制备过程中可溶性淀粉的浓度，考察了不同粒径下Fe3O4对砷污染物的去除性能，由粒径调控进一步实现了去除砷污染物性能的调控，为该纳米材料应用于土壤中实现污染物截留提供了理论依据。这些机理对进一步提高铁系纳米颗粒的吸附性能、降低大面积控制天然水体周围土壤中砷面源污染的成本都十分必要。

　图1 利用北京同步辐射装置（BSRF）1W1B-XAFS 实验站获得的不同添加比例的稳定剂对铁系纳米颗粒固砷机理。通过对吸附后样品的XAFS表征，得知淀粉包覆Fe₃O₄材料中的双齿双核结构都要多于无淀粉包覆的Fe₃O₄材料。说明淀粉包覆的Fe3O4材料活性吸附位增多，有利于砷酸盐的吸附和单齿单核结构向双齿双核结构的转变。

　　该研究以纳米材料-水界面吸附、迁移转化和界面反应机理为突破口，揭示了砷污染物吸附和转化规律。同步辐射XAFS技术具有非常高的元素选择性，能用于鉴别和判断定环境混合样品中痕量重金属分子层面的结构信息，从分子水平揭示重金属在矿物质表面络合的微观机制和外界环境影响。目前，该技术已在土壤、水处理等分子环境科学研究中显示出独特的优势，主要用于重金属分子形态检测、重金属在水/颗粒物界面上的吸附络合结构以及环境中共存有机物对重金属存在形态影响研究中。随着XAFS 技术的不断完善，更加复杂和精细的探测技术也在进一步的发展之中。希望可以借助XAFS 技术开展超快时间分辨探测，原位在线研究一定压力、温度下发生的化学反应过程。

　　发表文章：

　　Meiyi Zhang, Gang Pan*, Dongye Zhao, Guangzhi He,XAFS study of starch-stabilized magnetite nanoparticles and surface speciation of arsenate, Environ Pollut. 2011, 159(12), 3509-14.