李锐等-STOTEN:飞灰颗粒物中铁的可溶性和同位素组成

唐明金 研究员

(Fe)是生命必需的营养元素,缺Fe限制了许多海洋地区的初级生产力。沙尘与人为源气溶胶的大气沉降是开阔大洋可溶性Fe的主要来源,对海洋初级生产力乃至全球气候具有重要影响。但由于人为源气溶胶铁可溶性的不确定性,制约着我们准确评估海洋可溶性Fe的沉降通量。中科院广州地化所有机地球化学国家重点实验室、深地科学卓越中心博士后李锐与唐明金研究员等人对比分析了煤飞灰、垃圾焚烧飞灰与沙尘颗粒物中Fe元素的含量、可溶性、存在形态及同位素组成,研究结果近日由Science of the Total Environment在线发表。

图1: 飞灰与沙尘颗粒物的Fe可溶性

该研究发现,垃圾焚烧飞灰的Fe可溶性最高,均值为1.98±0.43%,这也是垃圾焚烧飞灰Fe可溶性的首次报道;沙尘的Fe可溶性次之,均值为0.43±0.30%,这与数值模型中使用的Fe可溶性参数(<0.5%)保持一致;煤飞灰的Fe可溶性最低,均值为0.24±0.28%,远低于模型中使用的Fe可溶性参数(4-21%),表明数值模型明显高估了煤飞灰的可溶性Fe排放通量。无定形Fe(包括颗粒物表面无定形态的Fe、水铁矿以及纳米Fe等)含量是影响Fe可溶性的重要因素:当颗粒物的无定形Fe含量低于3%时,Fe可溶性小于0.2%;而当无定形Fe含量>4%时,Fe可溶性明显上升,且Fe可溶性与无定形Fe含量呈正相关关系。
该研究还发现,飞灰颗粒物中总Fe的同位素组成(δ56Fe:0.05‰至0.75‰)与沙尘(δ56Fe:-0.05‰至0.21‰)相近或比沙尘偏重,表明煤飞灰和垃圾焚烧飞灰并不是实际气溶胶中Fe同位素组成偏轻的原因。结合早期研究发现,目前有限的关于人为源Fe同位素端元值的研究不足以解释实际气溶胶的Fe同位素组成,未来需进一步探究更多类型人为源气溶胶中总Fe及可溶性Fe的同位素组成。

图2: 飞灰与沙尘颗粒物的Fe同位素组成

该研究受到基金委优秀青年科学基金项目(42022050)、中国博士后科学基金面上资助(2021M703222)和广东省“珠江人才计划”等项目的资助。
文章信息:Li, R., Zhang, H. H., Wang, F., He, Y. T., Huang, C. P., Luo, L., Dong, S. W., Jia, X. H., and Tang, M. J.*: Mass fractions, solubility, speciation and isotopic compositions of iron in coal and municipal waste fly ash, Sci. Total Environ., 838, 155974, 2022.