すべての土壌には、微小凝集体が含まれています。これらの微小凝集体は、鉱物や有機物、生物材料などの小さな構成単位で構成されており、サイズが大きくなるにつれてより複雑になります。この文脈では、有機鉱物の会合は土壌凝集体の構造単位と見なすことができ、それによって土壌の生物地球化学的プロセスにおいて基本的な役割を果たします。
土壌鉱物と有機物 (OM) も、主に大きな表面積と豊富な表面反応性吸着部位のために、非常に高い金属結合能力を持っています。したがって、有機鉱物の会合は、多成分界面での微量元素の隔離を大幅に変化させる可能性があり、自然環境における微量金属の生物地球化学的循環に大きな影響を与えます.
湖南農業大学の環境科学の准教授である Huihui Du と共同研究者は、この問題に焦点を当て、複雑な Al-OM 集合体で銅がどのように振る舞うかを特定しました。マイクロカロリメトリーと NanoSIMS の観察」、ジャーナル Chemical Geology に掲載 . Al に富む土壌および堆積物における Cu の挙動をよりよく理解し、現在の有機鉱物関連研究における主要な未知数を提示することを目的としました。
十分に制御されたシステムで、水酸化アルミニウムとの共沈中に Sigma-Aldrich フミン酸を使用して複合材料を合成することにより、土壌および堆積物における Al-OM 共沈形成を再現しました。エマルジョン液体を形成するための急速な沈殿プロセスを観察した。高解像度の走査型電子顕微鏡を使用して、非晶質の凝集した Al-OM ナノ粒子を見つけます。 X線回折計でも非結晶構造が確認されました。 Al-OM の密接な関連は、静電引力と、Al-OH と COOH 間の表面錯体形成に起因する可能性があります。
Cu が Al-OM 集合懸濁液に入ると、数分以内に急速に吸着が起こります。 Cu 吸着は、高い pH 値でより有利です。 Al-OM 集合体は、純粋な Al 対応物よりも多くの Cu を吸着します。これは、OM に存在する追加の結合部位 (カルボキシル基など) に起因する可能性があります。
特に興味深いのは、Cu が複雑な Al-OM 集合体にどのように分布するか、つまり、Cu が Al 相または OM 相のどちらを好むかということです。ナノ二次イオン質量分析法を使用して、Cu、Al、および C の元素分布マップを描画しました。興味深いことに、Cu は低 pH で OM 画分を好み、Cu は高 pH で Al 相を好みます。別の重要な側面は、吸着シーケンスの順序です。等温滴定熱量計を使用して、Cu が最初に OM 画分に吸着し、次に Al 画分に吸着することがわかりました。
この研究は、Al-OM 相互作用の理解を深め、将来の熱力学モデルの構築に有益です。これは、Al/有機物が豊富な地質環境における Cu 地球化学信号の解釈に使用できます。最後に、土壌科学者の新しいコホートに刺激を与えて、凝集体のシステム内での有機鉱物結合の役割に関する理解を深めることに研究を集中させ、土壌における凝集プロセスの統一された定量的概念の開発に役立つようにしたいと考えています。
これらの調査結果は、ジャーナル Chemical Geology に最近掲載された、水酸化アルミニウム有機鉱物共沈物による Cu(II) の収着:マイクロカロリメトリーと NanoSIMS 観測というタイトルの記事で説明されています。 .この作業は、湖南農業大学の Huihui Du、Boqing Tie、Ming Lei らと華中農業大学の Qiaoyun Huang を含むチームによって実施されました。
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