Fe(II)催化的含磷酸根的铁氢矿转化：矿物学机制及磷酸根的归趋

《Environmental Science & Technology》：Fe(II)-Catalyzed Transformation of Phosphate-Bearing Ferrihydrite: Mineralogical Mechanisms and Phosphate Fate

铁磷转化机制与还原环境下磷固定研究。低磷铁比（0-0.05）影响Fe(II)催化赤铁矿转化路径，吸附磷比共沉淀磷抑制转化更显著。分散态赤铁矿主要生成针铁矿，团聚态则促进磁铁矿和赤铁矿形成。磷在矿物相中分布呈现从微孔固着到层状均匀包裹的转变，最终固着于赤铁矿表面，降低磷有效性。研究揭示了Fe-P耦合转化的矿物学机制与磷稳态控制原理。

　　

含磷（P）的铁氢氧化物（ferrihydrite）的转化对于调节厌氧土壤和沉积物中铁（Fe）的形态及其可利用性至关重要。然而，低磷/铁（P/Fe）摩尔比（<0.1）对铁（II）催化的铁氢氧化物转化过程以及磷的最终归趋的影响仍知之甚少。在本研究中，我们系统地探讨了不同磷/铁摩尔比（0–0.05）和磷的掺入方式（吸附 vs 共沉淀）对分散态和聚集态铁氢氧化物在铁（II）催化下的转化的影响，并评估了转化过程中磷的重新分布及其可利用性。随着磷/铁比从0增加到0.01，主要的转化产物依次由针铁矿（goethite）转变为针铁矿-磁铁矿-褐铁矿混合物，最终变为褐铁矿；而较高的磷含量（P/Fe = 0.05）则显著抑制了转化过程。共沉淀的磷比吸附的磷具有更强的抑制作用。从机理上讲，磷通过增强铁（II）的吸附能力、抑制不稳定的铁（III）的生成以及延缓铁氧化物的结晶来改变转化路径。与分散态铁氢氧化物相比，聚集态颗粒对铁（II）的表面反应性较低，从而更有利于磁铁矿和褐铁矿的形成而非针铁矿。这些矿物学变化显著改变了磷的分布：最初局限于铁氢氧化物微孔内的磷逐渐均匀地融入针铁矿和磁铁矿中，但最终主要在褐铁矿表面积累。最终，铁（II）催化的铁氢氧化物转化导致磷被封闭在矿物结构内，大大降低了其可利用性。这些发现阐明了铁和磷的耦合转化机制，并为还原条件下磷的稳定提供了新的机理见解。