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重金属在土壤细菌-腐殖酸多界面吸附的分子机制

3、环境科学 > 专题7：关键核素与重金属的环境微界面过程及效应

土壤是重金属的源和汇。重金属进入土壤后，与各种土壤组分发生物理、化学和生物反应，决定着重金属在土-液界面的反应行为，从而影响其在环境中的毒性。开展重金属在土壤组分上宏观吸附热力学、动力学行为、以及微观形态与分子机制的研究是评价重金属环境行为的基础;而分子尺度的微界面过程是土壤重金属污染修复技术开发与应用的前提。本文联合同步辐射光源X-射线吸收精细结构光谱（XAFS、µXAFS）、等温滴定微量热（ITC）等多种分子技术研究了重金属在土壤多种活性组分（细菌、矿物、腐殖酸）表明吸附的过程与机制；揭示了细菌与矿物互作过程中的分子识别机制，明确控制复合体吸附特性的关键因子是作用力和结合方式；率先从热力学角度阐释重金属在土壤矿物-细菌/EPS复合体表面的分配过程与转化机制。主要结果有：（1）发现五元螯合羧酸环是Cu(II)在细菌及其胞外聚合物（EPS）表面吸附的主要结构；提出了细菌胞外组分的去除仅减少Cu(II)吸附量，而对五元羧酸铜环结构并无显著影响的新观点，这为表面络合物模型（SCM）定量预测自然体系中细菌对重金属的吸附行为提供了重要模型参数（通用结合力常数）。（2）基于非理想竞争吸附-杜南NICA-Donnan模型研究了Cu(II)在土壤腐殖酸上的吸附行为，揭示了腐殖酸中羧基/酚羟基比值是决定吸附态铜分子结构的关键参数。（3）利用XAFS技术获得了Pb(II)在土壤腐殖酸表面吸附的分子结构，并结合NICA-Donnan模型样品进行铅形态模拟，构建了铅形态随外界Pb(II)浓度变化的配位模型。