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硫代砷酸(硫代AsⅤ)是地表水沉积物、地下水以及热泉等含硫水体中一类主要的砷形态,然而目前对于它在砷的地球化学循环中的作用,尤其是与矿物之间的界面作用和形态转化远未得到清晰、全面地认识。本研究以实验室合成的单硫代砷酸(单硫代AsⅤ)和四硫代砷酸(四硫代AsⅤ)为研究对象,利用X射线吸收光谱(XAS)作为主要表征手段,结合傅里叶红外光谱(FT-IR),研究硫代AsⅤ在无定形氢氧化铝(HAO)、针铁矿、赤铁矿、磁铁矿和马基诺矿界面的吸附特性和键合模式。 论文研究得到的主要结论如下: (1)砷的K边近边同步辐射光谱(XANES)结果表明单硫代AsⅤ的吸收峰比砷酸的小1 eV,四硫代AsⅤ的吸收峰比砷酸小2.0 eV;砷的K-边X射线吸收扩展光谱(EXAFS)结果表明单硫代AsⅤ中As-S原子间距为2.15(A),As原子周围O∶S原子配位数比为3∶1;硫的K边XANES光谱结果表明单硫代AsⅤ的吸收峰与雌黄的相近,四硫代AsⅤ的吸收峰比雌黄的小1 eV。 (2)单硫代AsⅤ和四硫代AsⅤ溶于无氧水中后,会发生脱硫转化,主要转化产物之一为亚砷酸(As(Ⅲ)),单硫代AsⅤ溶液中有~10%的As(Ⅲ),四硫代AsⅤ溶液中~21%的As(Ⅲ)。 (3)吸附过程与矿物的接触促进了单硫代AsⅤ和四硫代AsⅤ向As(Ⅲ)的还原脱硫转化,酸性条件更显著。硫代AsⅤ在矿物表面自身发生电子转移,SH-以单质硫的形式脱除,砷以As(Ⅲ)的形式存在于液相中。 (4)硫代AsⅤ在HAO表面的吸附量小于砷酸盐(As(V)),在常见铁矿物表面的吸附量在中性条件下小于As(Ⅴ)和As(Ⅲ);与硫代AsⅤ反应后,矿物中砷的含量随着pH的升高而降低。影响矿物对硫代AsⅤ的吸附量的原因有:硫代AsⅤ的分子尺寸、吸附过程中矿物的溶解、新矿物的形成和硫代AsⅤ的脱硫转化。 (5) EXAFS和FT-IR光谱表征结果表明,单硫代AsⅤ吸附在HAO表面后通过共享O原子形成双齿双核络合物,四硫代AsⅤ转化后的形态在HAO表面也主要以双齿双核形式络合。 研究结论对于完善厌氧环境中砷的地球化学循环理论具有重要意义。