解锁生物炭羰基：Fe-Mn氧化物协同作用通过非自由基氧化实现高效As(III)固定

《Journal of Environmental Management》：Unlocking biochar's carbonyl group: Fe-Mn oxide synergy enables high-efficiency As(III) immobilization via non-radical oxidation

本研究揭示了Fe-Mn氧化物改性生物炭在固定水相As(III)中的协同机制：改性不仅提供额外吸附位点，更关键的是激活了生物炭固有羰基（C=O）的固定化能力。FeMnOBC（负载MnFe2O4）展现出241.6 mg/g的超高吸附容量，其通过内层络合-非自由基氧化-羰基固定的三重路径，为环境体系中潜在有毒元素（PTEs）的靶向固定提供了新范式。

　　

文章亮点

制备的Fe-MnOBC和FeMnOBC的表征

如图1a–c所示，Fe-MnOBC和FeMnOBC主要保留了生物炭（BC）的结构，具有与大多数木炭相似的清晰多孔结构。由于小的铁和锰氧化物颗粒负载到其孔隙和表面，BC的光滑表面变得更粗糙（图1a–c），这得到了BC、Fe-MnOBC和FeMnOBC的EDS能谱（图1d–f）和XPS能谱（图S1）的支持。Fe-MnOBC和FeMnOBC的XRD图谱（图S2）表明，两种不同的铁和锰氧化物成功负载到了BC上。

结论

本研究表明，Fe-Mn氧化物改性将BC转变为一种优异的水相As(III)吸附剂，特别是FeMnOBC（负载MnFe₂O₄）实现了241.6 ± 4.7 mg/g的卓越最大吸附容量，这几乎是Fe-MnOBC（负载Fe₃O₄/MnO₂，36.6 ± 1.2 mg/g）的7倍。As(III)的吸附被确定为非均质表面上以化学吸附为主的机制，Fe-MnOBC和FeMnOBC的动力学分别最适合用准二级模型和Elovich模型描述，等温线则能很好地用Langmuir-Freundlich模型拟合。As(III)和As(V)的分布、氧气和活性氧物种清除剂对砷去除的有限影响，以及电子顺磁共振（EPR）和X射线光电子能谱（XPS）谱图表明，As(III)首先通过与Fe–O和Mn–O形成内层络合吸附到Fe-MnOBC和FeMnOBC上，随后被Mn(IV)/Mn(III)而非活性氧物种（ROS）氧化为As(V)，最终通过与C=O络合而被固定。我们的研究表明，负载的Fe-Mn氧化物不仅为As(III)的吸附和氧化提供了额外的活性位点，而且使得原始官能团（C=O）能够固定砷，这是在先前研究中被忽视的一个突破。这项工作为Fe-Mn氧化物改性增强性能提供了新的见解，并推进了未来针对环境系统中潜在有毒元素（PTEs）进行靶向固定的生物炭设计。