硫化亚铁固定硫代砷酸盐修复地质成因砷污染地下水的机制与动力学约束

针对硫代砷酸盐(MTA)在还原性地下水中迁移性强、修复难的问题，研究人员系统探究了硫化亚铁(FeS)对MTA的固定机制，揭示了多步反应动力学过程及pH依赖性，发现原位形成的FeS通过共沉淀和生成毒砂(FeAsS)显著提升固定效果，为地质成因砷污染修复提供了理论支撑。

　　

砷污染地下水威胁着全球1-1.5亿人的健康，尤其在东南亚地区，长期暴露可导致肺癌、膀胱癌等疾病。传统认知聚焦于砷酸盐(As(V))和亚砷酸盐(As(III))的治理，但近年发现还原性硫化物环境中形成的硫代砷酸盐(MTA)具有更高迁移性和生物毒性，成为修复技术的新挑战。中国地质大学（武汉）的研究团队在《Water Research》发表的研究，首次系统阐明了硫化亚铁(FeS)固定MTA的多步反应机制与动力学约束，为地质成因砷污染修复提供了创新解决方案。

研究采用水热合成法制备MTA标准品(Na₃AsSO₃)，结合共沉淀法合成FeS，通过批实验和柱实验模拟不同pH(6-9)条件下MTA的固定过程。利用X射线吸收光谱(XAS)和拉曼光谱表征反应产物，建立改进双模式模型量化吸附行为，开发多反应动力学模型(MRKM)解析反应路径。

动力学约束与反应路径
吸附实验显示MTA浓度在0-1小时内快速下降，MRKM模拟证实存在快速吸附和慢速结合两阶段。酸性条件(pH 6-7)下MTA去除率更高，但碱性条件(pH 8-9)更利于生成稳定的毒砂(FeAsS)。多硫化物通过氧化MTA为As(V)并促进FeAsS生成，显著提升固定效率。

原位固定模式比较
柱实验表明，原位形成的FeS涂层通过共沉淀和生成黄铁矿(FeS₂)、FeAsS，比预负载FeS具有更强保留能力。XAS证实As最终以FeAsS和As(V)形态被固定，表面化学吸附和矿物转化共同作用。

该研究揭示了FeS固定MTA的"快速吸附-慢速结合-矿物转化"三级反应机制，证实多硫化物驱动的As形态转化是长效固定的关键。成果为设计原位FeS涂层技术提供了理论依据，特别适用于还原性高砷地下水的修复。研究提出的pH调控策略和反应动力学模型，对复杂水文地质条件下砷的精准治理具有重要指导意义。