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环境学院本科生贺磊宇在环境领域顶级期刊ES&T发表一作论文

2019-03-19

近日,环境学院本科生贺磊宇同学以第一作者身份在《Environmental Science & Technology》(ES&T)上发表了题为“Elucidating the Role of Sulfide on the Stability of Ferrihydrite Colloids under Anoxic Conditions”的学术论文,介绍了他在硫化物对水铁矿纳米胶体稳定性的影响机理方面的研究成果。环境学院讲席教授刘崇炫和博士后廖鹏为该文章的共同通讯作者。

水铁矿(ferrihydrite)纳米胶体普遍存在于地下环境中,且能作为地球化学的纳米载体携带并影响污染物的命运和归宿(图1)。胶体的组成和结构影响污染物的转化(如氧化/还原等),胶体的稳定性影响其携带污染物在环境中的迁移。在富含硫酸盐的环境中,ferrihydrite纳米胶体和硫化物(S(-II))之间的硫化反应引起了学术界长期的关注。虽然上述氧化还原反应机理已有较为清晰的认识(图2),但人们却忽视了氧化还原反应对ferrihydrite胶体结构、组成和稳定性的影响,这些信息对评价ferrihydrite胶体调控污染物的命运和归宿形成了知识缺口。

图 1 地下环境中ferrihydrite胶体调控污染物迁移转化示意图

图 2  Ferrihydrite与S(-II)之间的氧化还原反应

本研究运用胶体化学的理论(DLVO)和方法(动态光散射技术),从基础上揭示了S(-II)对ferrihydrite纳米胶体稳定性的影响机理。研究发现,S(-II)显著降低了ferrihydrite胶体的稳定性。进一步结合水化学测量和多种表征技术(XRD、XPS、Cs-corrected STEM-EDS、Mössbauer)发现硫化产物(S(0)和FeS)是降低ferrihydrite胶体稳定性的主要原因(图3和图4)。

图 3 氧化还原反应产物降低ferrihydrite胶体稳定性的微观证据

图 4 S(-II)降低ferrihydrite胶体稳定性的机理示意图

该研究结果有助于理解ferrihydrite胶体在富含S(-II)含水层中的稳定性规律,为预测ferrihydrite及其携带污染物在富含S(-II)含水层中的迁移转化提供理论基础。此外,该研究将氧化还原化学理论引入到传统胶体行为研究框架中,扩充和发展了胶体稳定性理论,为环境胶体行为的研究提供了新的思路。

Environmental Science & Technology是美国化学协会(ACS)旗下期刊,是环境领域全球公认的顶级期刊,也是Nature index 期刊。目前期刊影响因子为6.653.

贺磊宇同学是环境学院2015级本科生,大二下学期进入刘崇炫老师课题组开展学习科研工作。在课题组博士后廖鹏的精心指导下,于大三年级完成了这篇论文的大部分实验工作。此外,贺磊宇同学还参与了课题组的一项野外工作,以共同作者身份在Science of Total Environment上发表了1篇论文。这些科研成果的取得一方面归功于贺磊宇自身的努力,另一方面也得益于环境学院的课程设置,使得贺磊宇进入科研领域之前便掌握了扎实的基础知识。目前,贺磊宇同学已经收到了美国俄亥俄州立大学的硕士录取通知,另外还收到了美国宾夕法尼亚州立大学的博士录取意向书(非正式录取通知书)。

贺磊宇同学在实验室工作

贺磊宇同学参加野外工作

本研究得到了国家自然科学基金、中国博士后基金、深圳市基础研究项目等资助。论文链接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.est.8b05694