Ferrous Iron Oxidation under Varying pO2 Levels: The Effect of Fe(III)/Al(III) Oxide Minerals and Organic Matter

针铁矿 鳞片岩 铁质 化学 氧化铁 结晶度 矿物 斯沃特曼矿 无机化学 有机质 铁酸盐 矿物学 结晶学 有机化学 吸附
作者
Chunmei Chen,Aaron Thompson
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:52 (2): 597-606 被引量:141
标识
DOI:10.1021/acs.est.7b05102
摘要

Abiotic Fe(II) oxidation by O 2 commonly occurs in the presence of mineral sorbents and organic matter (OM) in soils and sediments; however, this tertiary system has rarely been studied. Therefore, we examined the impacts of mineral surfaces (goethite and γ-Al 2 O 3 ) and organic matter [Suwannee River fulvic acid (SRFA)] on Fe(II) oxidation rates and the resulting Fe(III) (oxyhydr)oxides under 21 and 1% pO 2 at pH 6. We tracked Fe dynamics by adding 57 Fe(II) to 56 Fe-labeled goethite and γ-Al 2 O 3 and characterized the resulting solids using 57 Fe Mössbauer spectroscopy. We found Fe(II) oxidation was slower at low pO 2 and resulted in higher-crystallinity Fe(III) phases. Relative to oxidation of Fe(II) (aq) alone, both goethite and γ-Al 2 O 3 surfaces increased Fe(II) oxidation rates regardless of pO 2 levels, with goethite being the stronger catalyst. Goethite surfaces promoted the formation of crystalline goethite, while γ-Al 2 O 3 favored nano/small particle or disordered goethite and some lepidocrocite; oxidation of Fe(II) aq alone favored lepidocrocite. SRFA reduced oxidation rates in all treatments except the mineral-free systems at 21% pO 2, and SRFA decreased Fe(III) phase crystallinity, facilitating low-crystalline ferrihydrite in the absence of mineral sorbents, low-crystalline lepidocrocite in the presence of γ-Al 2 O 3, but either crystalline goethite or ferrihydrite when goethite was present. This work highlights that the oxidation rate, the types of mineral surfaces, and OM control Fe(III) precipitate composition.
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