수질 오염은 중국에서 심각한 문제입니다. 연구자들은 지표수에주의를 기울이지 않았지만 최근 몇 년간 점점 더 많은 연구가 지하수 오염, 특히 중국 북부에서 전망되었습니다.
최근의“오염 전쟁”의 일환으로 중국 중앙 정부는 2015 년에 수질 오염 통제에 관한 주요 정책을 발표했습니다.이 계획은 한 번의 모든 만성적 인 수질 문제를 해결하는 것을 목표로하며,이 정책으로 인해 수많은 현장 샘플링 및 분석 캠페인이 수행되었습니다 (그림 1). 농업 오염과 국내 폐수 외에도 많은 지역에서 오염은 산업 활동에서 비롯됩니다.
고급 기술의 빠른 확장에는 환경으로 희토류 요소 (REE)가 막대한 방출되었습니다. 자연수는 지질 학적 배경보다 훨씬 높은 값에서 REE (즉, 자기 공명 영상 조영제의 가돌리늄)를 함유하는 것으로 밝혀졌다. 중국에서는 Rees가 1990 년대 이후 주요 신흥 오염 물질 중 하나로 정의되었습니다. 지난 수십 년 동안 장거리 수송, 생체 축적 및 독성으로 인해 비정상적으로 높은 REE 농도가 일반적으로 수자원에서 검출되었습니다. 이 REE 요구는 인간 건강과 생태 시스템에 잠재적 인 위험을 초래하여 강조된 환경 퇴원으로 이어집니다. 따라서 Rees의 운명과 중요한 구역 (토양, 물 공기…)을 통한 운송에 대한 이해는 인간 건강을 보호하고 환경 정책 결정을 유지하는 데 중요한 주제입니다.
지난 30 년 동안 Mauch 조사는 지하수의 Ree 행동에 대해 수행되었습니다. Ree 동원 및 운송은 주로 반응성 고체에 의해 구동됩니다. 2 차 미네랄과의 공동-자극, 철 및 망간 산화물에 대한 흡착, 비정질 철 및 망간 침전물은 용액으로부터 수성 REE를 분별하는 것과 같은 메커니즘. 그것은 뇌파 중립 pH 지하수에서 낮은 REE 농도 (예 :10 내지 10 mol/L)를 초래한다.
실제로, 산화철과의 더 잘 제한 된 상호 작용에서, 소거 실험은 옥시 하이드 록 사이드의 용해 된 철분의 존재하에 6 개 이상의 pH에서 pH에서 약 10%에서 90% 이상 증가한 것으로 나타났다. 이 결과는 옥시 하이드 록 사이드의 철지가 없을 때 Ree 행동과 대조되는데, 여기서 소거 된 Rees는 45%미만입니다. 용해 된 탄산염 이온은 또한 용액 복합화에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 지구 화학적 REE 행동에 대한 더 잘 이해하려면 Ree 표면 및 용액 복합 메커니즘에 대한보다 광범위하고 정량적 인 증거가 필요합니다.
많은 연구는 철 산화물에 대한 REE 표면 착물 화를 더 잘 이해하기위한 반면, 망간 산화물과의 REE 표면 착물에 대한 정량적 연구에 대한 노력이 적었다. 제한된 기존 정보는 망간 산화물과의 REE 결합이 간단한 표면 착물 모델을 사용하여 설명 될 수 있다고 제안했다. 이 모델은 최근 지하수의 REE 분별 및 이동성에 대한 현장 연구에 적용되었습니다. 결과는 REE가 산화철과 비교하여 망간 산화물에 대해 더 큰 친화력을 나타낸다는 것을 강조한다. 그러나이 산화물 모두와의 복잡성은 순 수성 싱크대 일 수 있습니다.
ree sorptive 거동은 무거운 ree (Hree)에 대한 광선 (Lree)의 망간 산화물에 의한 우선적 인 흡수를 보여준다. 이러한 분별 경향은 고체에서 Lree 강화를 초래한다. 더욱이, Ree 흡착 동역학에 대한 용해 된 탄산염 복합 효과 및 Lree/hree 비율에 의해 정량화 된 이들의 분별이 고려되어야한다. 실제로, 탄산염 리간드의 존재하에 산화철에 비해 망간 산화물에서 더 큰 REE 분별이 처음 관찰되었다. 보다 최근에, 가수성 망간 옥시 하이드 록 사이드와의 REE 복합체화는 간단한 표면 복합 모델링을 사용하여 정량적으로 결정되었다. 결과는 Lree가 PH 및 이온 강도가 증가함에 따라 Hydrous Manganese Oxyhydroxides에 결합 된 것으로 나타났습니다.
지하수 흐름 경로 또는 트랜스 펙트를 따라 REE 행동에 관한 풍부한 연구에도 불구하고 수학 망간 옥시 하이드 록 사이드에 대한 REE 복합체를 고려하여 지하수 흐름 경로를 따라 REE 종속 및 수송에 대한 작업은 거의 수행되지 않았다. 우리는 이미 산화철 (Liu et al., 2017 참조)과 지하수의 망간 산화물 (Liu et al., 2018 참조)에 대한 REE 결합을 이미 정량화하려고 노력했으며 (Liu et al., 2018 참조), 다양한 농도를 고려하여 4에서 12까지의 금속-리간드 지하수 시스템에서 REE speciation을 계산했습니다. 후자의 연구는 유량 경로를 따라 지하수의 ree 종 분화에 대한 산화물에 대한 망간의 영향을 비교했습니다.
종종 망간은 REE 동원을 제어하는 프로세스의 질적 평가를위한 산화 환원에 민감한 구성 요소로 사용되었습니다. 그러나, 망간 옥시 하이드 록 사이드에 대한 REE 결합을 정량적으로 설명하는 것이 필수적이다. 따라서, 본 연구의 목적은 (i) 지하수 흐름 경로에서 REE 수송에서 hydrous manganese oxyhydroxides의 역할을 식별하는 것이었다; (ii) 상이한 지하수로부터 수학 망간 옥시 하이드 록 사이드와의 REE 표면 복합 반응을 정량적으로 정의하기 위해; 및 (iii) 수학적 망간 옥시 하이드 록 시드 농도의 REE 행동에 미치는 영향을 평가하기 위해.
본 프로젝트에서는 지하수가 북 중국 평원의 흐름 경로를 따라 샘플링되었습니다 (그림 2). 주요 목표는 결합 된 모델링 및 현장 연구 접근법에 의해 표면 복합체 화와 수문 망간 옥시 하이드 록 사이드에 연결된 REE 행동을 결정하는 것이었다. 결과는 hydrous manganese oxyhydroxides에 의해 복잡한 네오디뮴 (즉, Rees 중 하나)의 비율이 1% 미만에서 99% 미만의 범위를 보여 주었다. 복합체의 양은 흐름 경로를 따라 증가합니다. 수 문성 망간 옥시 하이드 록시드에 결합 된 REE는 각 원자가 증가 할 때마다 감소하는 경향을 나타냅니다. 이 과정은 pH, Hydrous Manganese Oxyhydroxide의 함량 및 금속 하중과 무관 한 것으로 결정되었습니다.
이 발견은 히드리를 통해 Lree의 우선적 인 청소를 통해 지하수에서 Rees를 운송하는 데 핵심 망간 옥시 하이드 록 사이드-리 복잡한 복합체가 더 많은 역할을한다는 것을 보여줍니다. 그럼에도 불구하고, 탄산염 리간드는 용액의 pH가 8 이상으로 상승 할 때 히드 옥시 하이드 록 사이드로 흡착 된 REE의 양을 감소시키는 데 강력한 경쟁자 인 것으로 보인다.
