Manganese Dioxides Induce the Transformation and Protection of Dissolved Organic Matter Simultaneously: A Significance of Crystallinity

结晶度 溶解有机碳 吸附 矿化(土壤科学) 化学 环境化学 生物利用度 有机质 有机化学 氮气 结晶学 生物信息学 生物
作者
Zhiqiang Wang,Haoran Zhao,Zihan Shi,Hui Zhao,Shu Chen,Zhuoyan Chen,Y.F. Yuan,Chi Zhang,Bin Jia,Hanzhong Jia
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (2): 1222-1231 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c10054
摘要

Interactions between manganese dioxides (MnO2) and dissolved organic matter (DOM) have long been the subject of scientific inquiry. However, the effect of MnO2 crystallinity on the DOM fate remains unclear. Herein, we comprehensively investigate the adsorption, protection, and mineralization of DOM by MnO2 with various crystallinities (order of crystallinity: γ-30 < γ-90 < γ-120). The results show that DOM adsorption is positively correlated with the specific surface area (SSA) of MnO2; γ-30 with the largest SSA adsorbs the highest amount of DOM, resulting in DOM protection. However, γ-90 and γ-120 with a smaller SSA could induce the Maillard reaction and thereby promote the formation of geopolymerized organic matter, leading to reduced bioavailability of DOM. Furthermore, the capability of MnO2 to mineralize DOM decreases in the order γ-120 > γ-90 > γ-30, and it is determined by both Mn4+ and hydroxyl radical (·OH) content. In particular, the contribution of radical-based oxidation of ·OH to DOM mineralization is 64.8, 47.4, and 23.7% for γ-30, γ-90, and γ-120, respectively. We propose that crystallinity of MnO2 may have a significant but hitherto unexplored influence on the global carbon cycle over geological time.
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