铀作为一种在自然环境中广泛分布的重金属污染物，其存在主要源于人类活动，其中包括铀矿开采和核工业等。随着人类对能源和核技术的需求增加，对铀的开采和利用也日益增加，因此铀污染的问题引起了广泛的关注。铀在自然界中主要以两种价态存在，即六价（U(VI)）和四价（U(IV)）。其中，U(VI)的溶解度较高，容易随水迁移，对水体和土壤造成严重威胁。相反，U(IV)的溶解度较低，不容易迁移，但在一些情况下，它可能重新暴露于氧化环境中，导致新一轮的环境风险。有效应对铀污染的关键在于深入了解不同价态铀的行为，尤其是在与土壤、水体中的其他元素和有机物相互作用的背景下。

      采用微生物（如铁还原菌）将可溶的U(VI)还原为不溶于水的U(IV)被认为是一种有效的修复铀污染的方法。此外，铀的氧化还原状态和迁移能力还受到污染场地中常见的含铁黏土矿物和有机配体等因素的调控。还原得到的U(IV)重新接触氧化环境时的稳定性是评估污染治理是否成功的重要指标，但生物成因的U(IV)与黏土矿物或（和）有机配体共存时，其稳定性尚不清楚。

      针对这一科学问题，我校水资源与环境学院博士生李润洁，在导师董海良教授和中科院微生物所张利敏副研究员的指导下，选择了绿脱石（NAu-2）和蒙脱石（SWy-2）这两种代表性含铁黏土矿物，以及乙二胺四乙酸（EDTA）、柠檬酸（citrate）和铁载体（DFOB）这三种代表性有机配体，探究了生物成因U(IV)在与还原态黏土矿物或（和）有机配体共存时，重新暴露在氧化环境中的稳定性。研究取得的新认识如下：

      （1）当还原态含铁黏土矿物与U(IV)共同被氧气氧化时，黏土矿物中的Fe(III)可以作为氧化剂，加速U(IV)的氧化（图1）。此外，三种有机配体均可以通过降低U(IV)的氧化还原电位来加速U(IV)的氧化（图1，图2和图3）。

      （2）rNAu-2与EDTA共存时，与U(IV)形成三元络合物，U(IV)的氧化速率介于两者单独存在时的速率之间（图1）；rNAu-2与citrate共存时，两者协同作用，进一步加快了U(IV)的氧化（图2）。

      （3）rNAu-2与DFOB共存时，部分U(IV)以络合态进入了黏土矿物层间，引起层间距的扩大（图4）。此外，DFOB络合的Fe(III)的氧化还原电位降低，丧失氧化U(IV)的能力；吸附在黏土矿物表面的DFOB还阻碍了结构态Fe(III)与U(IV)之间的电子传递。因此，rNAu-2与DFOB共存时，U(IV)的氧化显著减缓（图3）。

      这项研究为不同还原态黏土矿物与有机配体的组合对四价铀的稳定性产生的不同影响提供了新的见解，对于理解四价铀在环境中的稳定性以及铀污染的修复具有重要意义。

图1 EDTA存在/不存在条件下，U(VI)和总U浓度随时间的变化

图2 citrate存在/不存在条件下，U(VI)和总U浓度随时间的变化

图3 DFOB存在/不存在条件下，U(VI)和总U浓度随时间的变化

图4 DFOB存在/不存在条件下，氧化反应结束后，透射电子显微镜下黏土矿物的层间距

      上述研究成果发表在环境领域国际权威期刊《Environmental Science & Technology》上：Runjie Li, Limin Zhang*, Yu Chen, Qingyin Xia, Dong Liu, Ying Huang, and Hailiang Dong* ，Oxidation of Biogenic U(IV) in the Presence of Bioreduced Clay Minerals and Organic Ligands .[IF2022=11.4]。

      文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c07385