含砷硫化铁矿物光化学氧化过程与砷释放机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41877025
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0709.基础土壤学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The oxidation and dissolution of arsenic-containing iron sulfide minerals lead to the release of arsenic and subsequently cause environmental pollution, which poses serious threats to the ecological environments and human health. On the upper surface of soils exposed to air, abiotic chemical reactions contribute much to the oxidation and dissolution of arsenic-containing iron sulfide minerals with the release of arsenic in neutral aquatic systems. Reactive oxygen species including ·OH and H2O2 would act as intermediates and participate in these oxidation reactions. Solar irradiation on iron sulfide minerals and their oxidation products can also induce the production of reactive oxygen species such as ·OH, O2·- and H2O2. However, there is a lack of systematic research on the formation processes of these reactive oxygen species and the mechanism underlying the oxidation of iron sulfide minerals by reactive oxygen species. In addition, little is known about the influence of crystal impurities, associated ores, and environmental conditions on the photochemical reactions of arsenic-containing iron sulfide minerals. In this project, a photochemical reaction system will be constructed to study the oxidation of typical arsenic-containing iron sulfide minerals, such as arsenian pyrite and arsenopyrite. Photochemical oxidation reactions of arsenic-containing iron sulfide minerals will be conducted under UV/Vis light and solar irradiation. The effects of mineral types, crystal impurities, associated ores, common photoactive components, oxygen partial pressure, temperature, pH and light intensity will be investigated in the photochemical reaction processes. The formation routes of reactive oxygen species and corresponding oxidation mechanism of arsenic-containing iron sulfide minerals will be studied in detail. The key factors affecting the oxidation and arsenic release of arsenic-containing iron sulfide minerals will be also identified. The proposed work is expected to facilitate a better understanding of the migration and transformation of arsenic in the soils of different mining-impacted areas, and provide basic information on the potential environmental risks regarding the oxidation of arsenic-containing iron sulfide minerals. Besides, it may offer some theoretic guidance for retarding the oxidation rate of arsenic-containing iron sulfide minerals and reducing arsenic pollution.
含砷硫化铁矿物氧化溶解释放砷而污染环境,严重威胁矿区生态环境与人类健康。浅表层土壤偏中性有氧水体系,化学氧化是导致硫化铁矿物溶解释放砷重要原因,·OH和H2O2等活性氧多为中间体参与氧化反应。太阳光辐射硫化铁矿物及其氧化产物都会诱导产生·OH、O2·−和H2O2等活性氧,这些活性氧生成途径及其在氧化过程中作用机制尚缺乏系统研究,硫化铁矿物晶格杂质、伴生矿和环境条件对光化学反应影响尚不明确。本项目拟构建以含砷黄铁矿和毒砂矿为代表的含砷硫化铁矿物光化学氧化反应体系,系统考察不同矿区单矿物晶格杂质与伴生矿组成及含量、光活性组分、氧分压、温度、pH和光强等环境因素影响,阐明各活性氧产生途径及其在含砷硫化铁矿物氧化释放砷过程中作用机制,揭示硫化铁矿物光化学氧化机理及影响砷释放关键因素。以期为认识砷在不同硫化铁矿区土壤中迁移转化规律及潜在环境风险提供基础数据,为缓解硫化铁矿物氧化与砷污染提供理论指导。

结项摘要

含砷硫化铁矿物氧化是导致矿区土壤砷污染重要来源,太阳光辐射硫化铁矿物及其氧化产物都会诱导产生OH•、O2•−和H2O2等活性氧,这些活性氧生成途径及其在硫化矿物氧化过程中作用机制尚缺乏系统研究,硫化铁矿物组成和环境条件对光化学反应过程影响尚不明确。本项目在湖南、广西和贵州等矿区采集了黄铁矿、毒砂矿和斜方砷铁矿等,开展了矿物光化学氧化实验,考察了组成、典型环境组分对硫化铁矿物光化学氧化释放砷过程的影响。结果表明:太阳光辐射和溶解氧诱导含砷黄铁矿产生OH•、O2•−和H2O2等活性氧促进其氧化溶解。黄铁矿氧化释放的Fe2+可通过芬顿反应形成H2O2促进As(III)氧化。毒砂矿表面Fe(II)与氧气作用产生的H2O2和OH•有利于As(III)快速氧化生成As(V),氧化速率随体系pH从3.0上升到7.0逐渐降低;紫外光照环境,柠檬酸盐和溶解氧促进Fe(III)-citrate和活性氧物种形成,进而加速氧化反应;SO42−存在时,毒砂矿溶解释放的Fe(II)能被氧化生成施氏矿物,通过施氏矿物-As(III)配合物电荷转移作用促进毒砂矿光化学氧化。雄黄表面硫缺陷位点诱导H2O分解及表面As(II)被溶解氧氧化产生OH•和H2O2等,进而加速其氧化并释放As(III)。太阳光激发雄黄产生电子与氧反应生成O2•−,催化加速氧化作用。光诱导雌黄表面产生活性氧物种OH•、H2O2和O2∙−加速了其自身氧化溶解及As释放。采用光辐射有效提高了铁锰复合氧化物对水溶液中As(III)的去除,而Fe(II)和As(III)的协同氧化显著促进了As的去除。紫外光辐射Fe(II)促进了O2•−和OH•等生成,进而加速As(III)氧化。这些结果揭示了典型硫化铁矿物光化学氧化机理及影响砷释放关键因素,为认识砷在不同硫化铁矿区土壤中迁移转化规律及潜在环境风险提供基础数据,可为缓解硫化铁矿物氧化及砷污染提供理论指导。以第一标注发表SCI论文8篇,第二标准和正在整理的论文多篇;培养研究生10余名;主持人入选国家“万人计划”领军人才,指导的博士生毕业后继续在本组开展博士后研究,获批教育部“博新计划”和国家自然科学基金青年项目。

项目成果

期刊论文数量(36)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(23)
专利数量(4)
Remediation of heavy metal contaminated soils by organic acid extraction and electrochemical adsorption
有机酸萃取电化学吸附修复重金属污染土壤
  • DOI:
    10.1016/j.envpol.2020.114745
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental Pollution
  • 影响因子:
    8.9
  • 作者:
    Xiong Yang;Lihu Liu;Wenfeng Tan;Chengshuai Liu;Zhi Dang;Guohong Qiu
  • 通讯作者:
    Guohong Qiu
Preparation, adsorption performance and mechanism of MgO-loaded biochar in wastewater treatment: A review
负载MgO生物炭的制备、吸附性能及废水处理机理研究进展
  • DOI:
    10.1016/j.envres.2022.113341
  • 发表时间:
    2022-04-23
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL RESEARCH
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Li, Anyu;Ge, Wenzhan;Qiu, Guohong
  • 通讯作者:
    Qiu, Guohong
Removal of heavy metals from wastewaters with biochar pyrolyzed from MgAl-layered double hydroxide-coated rice husk: Mechanism and application
MgAl层状双氢氧化物包覆稻壳热解生物炭去除废水中重金属:机理及应用
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2021.126425
  • 发表时间:
    2022-02-08
  • 期刊:
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Li, Anyu;Zhang, Yue;Qiu, Guohong
  • 通讯作者:
    Qiu, Guohong
Adsorption and catalytic oxidation of arsenite on Fe-Mn nodules in the presence of oxygen
氧存在下亚砷酸盐在铁锰结核上的吸附和催化氧化
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2020.127503
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Omar Rady;Lihu Liu;Xiong Yang;Xianjin Tang;Wenfeng Tan;Guohong Qiu
  • 通讯作者:
    Guohong Qiu
Formation and transformation of manganese(III) intermediates in the photochemical generation of manganese(IV) oxide minerals
光化学生成氧化锰(IV)矿物中锰(III)中间体的形成和转化
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2020.128082
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Tengfei Zhang;Lihu Liu;Wenfeng Tan;Steven L. Suib;Guohong Qiu
  • 通讯作者:
    Guohong Qiu

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其他文献

水钠锰矿氧化硫化物的过程与动力学研究
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    李倩;俞颖;刘凡;冯雄汉;谭文峰;邱国红;LI Qian,YU Ying,LIU Fan,FENG Xiong-han,TAN Wen-fen
  • 通讯作者:
    LI Qian,YU Ying,LIU Fan,FENG Xiong-han,TAN Wen-fen
锰氧化度对水钠锰矿电容性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗瑶;刘立虎;贾赵恒;谭文峰;刘凡;邱国红
  • 通讯作者:
    邱国红
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李倩;俞颖;赵雅兰;朱丽君;冯雄汉;刘凡;邱国红
  • 通讯作者:
    邱国红
掺钴水钠锰矿对铅的吸附及对砷的氧化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    环境科学
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    --
  • 作者:
    殷辉;冯雄汉;邱国红;谭文峰;刘凡
  • 通讯作者:
    刘凡
水锰矿与Fe2+的相互作用与转化过程
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    岩石矿物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    罗瑶;李珊;刘立虎;谭文峰;刘凡;邱国红
  • 通讯作者:
    邱国红

其他文献

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邱国红的其他基金

铁/锰氧化物协同修复镉污染弱碱性土壤降低小麦镉吸收的机理
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
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    面上项目
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  • 批准号:
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  • 资助金额:
    62.0 万元
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锰氧八面体分子筛的电化学可控合成及其电催化氧化性能研究
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  • 批准年份:
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  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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