土壤或沉积物中普遍存在的含铁粘土矿物在重金属污染物的迁移转化过程中具有重要作用。含铁粘土矿物中结构铁[Fe(III)]可被微生物或化学还原剂还原生成结构亚铁[Fe(II)]，具有较低的氧化还原电位和较高的反应活性，可还原高毒性六价铬[Cr(VI)]生成低毒性三价铬[Cr(III)]。但是土壤或沉积物中广泛存在的有机质对于该过程的影响，目前尚不清楚。

针对上述科学问题，我校“极端环境生物地球化学循环”求真研究群体刘晓磊博士后在董海良教授指导下，以绿脱石为典型含铁粘土矿物，并选取环境中广泛存在的一系列小分子有机酸（酒石酸、苹果酸、琥珀酸、乳酸、琥珀酸、丙酸、扁桃酸及扁桃酸甲酯）为代表，探究环境中小分子有机酸对绿脱石中结构Fe(II)还原Cr(VI)的动力学过程的影响及其反应机理。研究取得的新认识如下：

1. 绿脱石-有机酸-Cr(VI)相互作用体系中Cr(VI)的还原反应是绿脱石中结构Fe(II)和有机酸协同作用的结果，有机酸的存在对该体系中Cr(VI)还原反应的速率和程度均有影响。有机酸可提供额外电子使得反应体系中Cr(VI)还原总量大幅度提高。这一结果不同于以往报道的仅当强酸或光照条件下，有机酸（除部分还原性极强的有机酸外）方可作为电子供体还原Cr(VI)，揭示了土壤环境中普遍存在且较为新颖的矿物-有机质与重金属间的电子转移机制。在近中性、无光环境中，得益于绿脱石中结构Fe(II)还原Cr(VI)过程中独特的电子传递方式和传递速率，有机酸可与其还原Cr(VI)过程中生成的过渡态五价铬[Cr(V)]发生络合，形成有机酸-Cr(V)配位体，随后Cr(V)被还原，有机酸被氧化，进而提高体系中Cr(VI)的还原速率和还原总量（图1）。

2. 有机酸的存在使得绿脱石还原Cr(VI)生成的铬还原产物的赋存状态发生明显改变。绿脱石中结构Fe(II)单独还原Cr(VI)的还原产物主要以Cr(OH)3/Cr2O3纳米颗粒的形式分布在矿物表面或边缘区域，不易迁移，可大幅度降低其被强氧化剂重新氧化的可能性。然而，绿脱石-有机酸-Cr(VI)相互作用的体系中，部分铬还原产物以可溶性有机络合态Cr(III)的形式存在，而非固相Cr(III)的形式。

该研究结果表明探究土壤或水体中多环境因素控制下的重金属迁移转化规律，对于全面理解重金属的环境行为十分关键。

 上述研究成果发表在环境科学与工程领域国际权威刊物 《Environmental Science & Technology》上：Liu X.L., Dong H.L., Zeng Q., Yang X.W., Zhang D.L. Synergistic Effects of Reduced Nontronite and Organic Ligands on Cr(VI) Reduction. Environmental Science & Technology, 2019, 53: 13732-13741. [IF2018=7.149]

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.9b04769