华中农业大学王小明团队SEH：草甘膦-钙在水铁矿上的协同吸附——土壤中除草剂环境归趋的分子机制研究

背景：草甘膦是全球使用最广泛的非选择性除草剂，其在土壤和水环境中的广泛残留引发了持续的环境关注。铁（氢）氧化物，尤其是水铁矿，因其高比表面积和丰富的表面羟基位点，是控制草甘膦环境归趋的关键矿物相。草甘膦具有显著的金属螯合能力，可与Ca²⁺等金属离子形成稳定配合物，在钙质土壤中可能显著改变其界面行为。研究目的：本文旨在揭示Ca²⁺在水铁矿-草甘膦体系中的作用机制，探究Ca²⁺如何通过参与表面配位并桥联草甘膦官能团，形成稳定的三元络合结构，从而增强吸附并改变界面稳定性，为理解草甘膦在铁-钙共存环境中的迁移、固定与长期环境归趋提供分子尺度机制解释。结论：研究通过批量吸附实验、ζ电位分析、原位ATR-FTIR光谱、P K-edge XANES光谱及CD-MUSIC表面络合模型等方法，发现Ca²⁺的存在可在较宽pH范围内显著增强草甘膦在水铁矿上的吸附能力，最高提升约20%。分子尺度结果表明，草甘膦主要通过其膦酸基与水铁矿表面羟基形成稳定的Fe-O-P内层络合物，而Ca²⁺引入后，可与膦酸氧与羧基氧配位，形成以草甘膦为桥联配体的Fe-O-P-O-Ca三元络合结构，显著增强界面稳定性。