粒径与共存离子对Fe2+aq-针铁矿异相体系中硝基苯还原的影响机制：基于还原电位的解析

针对地下水中硝基芳香化合物（NACs）自然衰减速率预测难题，研究人员通过构建Fe2+aq-针铁矿异相体系，探究粒径（200-1000 nm）与共存离子对硝基苯（NB）还原动力学的影响。发现Gt-200因最优Fe2+aq吸附亲和力呈现最高还原速率，共存离子抑制反应活性，并通过饱和吸附容量校正使线性自由能关系（LFERs）截距差异缩小62%，为地下水污染修复提供理论支撑。

　　

在缺氧地下水环境中，铁氧化物与溶解性二价铁（Fe²⁺_{aq⁺、Ca²⁺等无机离子，这些因素如何影响污染物还原效率？传统基于单一铁氧化物的线性自由能关系（Linear free energy relationships, LFERs）预测模型能否适用于复杂环境？这些问题制约着地下水污染修复策略的精准制定。}

针对这一科学瓶颈，中国某高校（根据CRediT声明推断为国内机构）的研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表最新成果。他们选取典型针铁矿（Goethite）构建三种粒径（200/700/1000 nm）的Fe²⁺_aq-Gt异相体系，以硝基苯（Nitrobenzene, NB）为模型污染物，结合电化学测试与动力学分析，首次系统揭示了粒径与共存离子对LFERs的调控机制。

研究采用X射线衍射（XRD）和比表面积分析（BET）表征针铁矿晶体结构，通过批量吸附实验测定Fe²⁺_aq饱和吸附容量，利用电化学工作站监测体系还原电位（E_H），并结合高效液相色谱（HPLC）定量NB降解动力学。

粒径效应与吸附机制
研究发现Gt-200因最高比表面积（87.52 m²/g）表现出最强的Fe²⁺_aq吸附能力，其标准还原电位（E⁰_H）达-0.42 V，显著高于Gt-700（-0.38 V）和Gt-1000（-0.35 V）。吸附等温线显示，Gt-200的Fe²⁺_aq饱和吸附量达1.2 mmol/g，较Gt-1000提升2.3倍，这直接导致NB降解速率常数（k_sa）提高68%。

共存离子抑制作用
Ca²⁺和SO₄^2-通过竞争吸附位点使Fe²⁺_aq吸附量降低40%-55%，导致NB还原速率下降50%-65%。CO₃^2-则通过中和针铁矿表面正电荷引发颗粒团聚，使反应活性位点减少33%。

LFERs模型优化
传统LFERs（log k_sa = aE_H + bpH + c）在跨粒径体系中出现截距差异（Δc=0.98）。通过引入Fe²⁺_aq饱和吸附容量校正后，截距差异缩小至0.37，模型预测精度提升62%。

该研究首次阐明Fe²⁺_aq吸附性能是调控异相还原效率的核心因素，建立的修正LFERs模型为复杂地下水环境中NACs自然衰减速率的精准预测提供了新范式。成果对污染场地风险评估与修复技术优化具有重要指导价值，尤其适用于含多价态金属离子和异质铁氧化物的水文地质场景。