Insights on the Contradiction between the Affinity and Capacity of Ferrihydrite toward As(III) and As(V): Surface Reaction Revisited

铁酸盐 齿合度 砷酸盐 无机化学 X射线光电子能谱 化学 金属 物理化学 吸附 有机化学 化学工程 工程类
作者
Yuhong Huang,Xiaopeng Zhao,Xinhao Wang,Bin Gao,Keishi Oyama,Chiharu Tokoro,Dongmei Zhou,Xueyuan Gu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
被引量:26
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c05795
摘要

Ferrihydrite is omnipresent in nature, and its adsorption of As(III/V) decides the migration of arsenic. Although As(III) is commonly recognized as the more mobile species of inorganic arsenic, it sometimes exhibits less mobility in ferrihydrite systems, which calls for further insights. In this study, we elucidated the adsorption behavior and mechanisms of As(III/V) on ferrihydrite under different loading levels (molar ratio As/Fe = 0–0.38), solution pH (3–10), and coexisting ions [P(V) and Ca(II)] based on batch adsorption experiments, surface complexation modeling, density functional theory calculations, and X-ray photoelectron spectroscopy. Our results show that As(III) exhibits weaker adsorption affinity but a larger capacity compared with that of As(V). On ferrihydrite, As(III) and As(V) are adsorbed mainly as bidentate mononuclear complexes at type-a sites [≡Fe(OH–0.5)2] and bidentate binuclear complexes at type-b sites (2≡FeOH–0.5), respectively. As the dosage increases, As(III) further forms mononuclear monodentate complexes at both surface sites, resulting in a higher site utilization efficiency, while As(V) does not due to repulsive electrostatic interaction. The difference in surface species of As(III/V) also leads to complex responses when coexisting with high concentrations of P(V) and Ca(II). This study helps us to understand environmental behavior of As(III/V) and develop remediation strategy in As(III/V) contaminated systems.
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