EST | 南京土壤所在环境中镉的迁移转化机制方面取得新进展
镉(Cd)是环境中毒性最强的重金属之一，且活性强，对人类健康具有一定的威胁。环境中的氧化锰对重金属具有很强的固定能力，是环境中Cd的主要载体之一。中科院南京土壤研究所研究员王玉军团队早期研究发现，在氧化还原交界面上，如：干湿交替的稻田、湖泊和海洋的氧化还原渐变带等区域，还原性物质如Fe(II)、Mn(II)可改变氧化锰的性质，形成次生矿物，进而影响氧化锰对Cd的固定（Chemical Engineering Journal, 2018 353:165-175；Environment International, 2019 130: 104932）。土壤中的还原性硫不仅可以有效还原氧化锰，还可与Cd形成络合物/沉淀，还原性硫的双重效应使土壤中Cd的归趋变得更为复杂，但其环境化学过程与机制尚不清楚。
为此，王玉军团队对还原性硫（S2-、半胱氨酸）如何影响吸附于氧化锰表面Cd的形态转化这一问题开展了深入探究。研究发现：低浓度的S2-使Cd从氧化锰的空穴位转移到边缘位；高浓度的S2-使吸附于氧化锰表面的Cd转化为CdS沉淀。当pH较低时，半胱氨酸的加入使初始吸附于氧化锰空穴位的Cd释放到溶液中，一部分Cd转移至氧化锰边缘位；当pH较高时，高浓度的半胱氨酸使Cd从氧化锰表面解吸，释放的Cd被新生成的含Mn(III)矿物进行再吸附以及形成Cd-半胱氨酸沉淀。总之，Cd的形态转变由还原性硫所导致的氧化锰的溶解、产生的Mn(II/III)对吸附位点的竞争、Cd(II)与还原性硫形成沉淀这几种机制共同作用。Cd(II)从氧化锰表面的释放以及从空穴位至边缘位的转移会增加Cd的活性，而CdS以及半胱氨酸-Cd沉淀的形成会降低Cd的环境风险。因此，当氧化锰与还原性硫共存时，与氧化锰结合的Cd的生物可利用性和迁移行为会变得更为复杂。该研究结果对于预测氧化还原交界面上Cd的生物有效性以及开展Cd污染修复具有重要的指导意义。
该研究成果近日发表在Environmental Science & Technology 上。研究工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、中科院知识创新项目的资助。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c02936