水铁矿是土壤中典型的弱晶质氧化铁,对环境中各种污染物质和营养元素的吸附性能极强,是影响环境中营养物质、微量元素和污染物迁移的重要矿物,因此对水铁矿界面反应的研究具有重要环境意义。铝同晶替代水铁矿是土壤中的普遍现象,铝替代会影响水铁矿理化性质及其对环境阴离子的吸附特性。土壤中铁氧化物等活性组分能强烈固持磷酸盐,造成土壤总磷含量高但有效磷匮乏的现状,研究磷酸盐在铝同晶替代水铁矿上的吸附行为及其机理对充分了解磷的环境行为至关重要。CD-MUSIC模型被广泛用于描述离子在铁氧化物表面的吸附行为,铝替代对水铁矿晶粒大小、结晶度、表面位点类型和亲和性等有显著影响,进而导致模型参数变化。本研究合成四种不同铝替代量的水铁矿,采用XRD、TEM和ICP-OES等技术表征铝同晶替代水铁矿的结构及化学组成;通过电位滴定和批量等温吸附实验获取样品的表面电荷信息和不同p H下铝同晶替代水铁矿对磷酸盐的吸附数据;结合CD-MUSIC模型拟合铝同晶替代水铁矿的质子和磷酸盐吸附数据,得到表面磷酸盐络合物的形态分布;进行原位流动红外实验获取铝同晶替代水铁矿表面磷酸盐络合物的红外光谱,采用分峰拟合和2D-COS分析进一步定量验证样品表面磷酸盐络合物的形态。本研究的主要结果为:1.均匀沉淀法合成的四种铝同晶替代水铁矿样品F-0、F-10、F-20和F-30的实际铝替代量分别为0、11.6、19.1和25.6 mol%。TEM结果表明铝同晶替代未改变水铁矿颗粒的形貌,均为弱结晶强团聚的不规则形状。随铝替代量增加,水铁矿纳米颗粒的结晶尺寸变小、表面电荷密度增加、样品PZC升高。2.铝替代提高了水铁矿对磷酸盐的吸附量。F-0、F-10和F-20样品的磷酸盐吸附量差别不大,当铝替代量达到30%时样品对磷酸盐的吸附量显著增加。水铁矿对磷酸盐的吸附量随p H升高而降低。3.磷酸盐在水铁矿表面主要存在单齿、去质子化双齿和质子化双齿三种配位形态,p H、磷浓度和铝替代均可影响水铁矿表面磷酸盐络合物的形态分布特征。双齿络合物在高p H条件下易发生去质子化反应;随p H升高双齿络合物逐渐向单齿络合物转化;较低磷酸盐吸附量不利于双齿络合物发生质子化反应;铝替代未改变水铁矿表面磷酸盐络合物的类型,但其提高了双齿络合物的比例,降低了单齿络合物的比例。