华中农业大学资源与环境学院王小明课题组在《Eco-Environment & Health》期刊上发表了题为“Enhanced As(III) adsorption-oxidation via synergistic interactions between bacteria and goethite”的研究论文。研究通过制备针铁矿（Goe）、As氧化菌（SY8）与腐殖酸（HA）的二元及三元复合体，系统探讨其在不同环境条件下对As(III)吸附与氧化的协同作用机制，揭示了土壤矿物-微生物界面对砷形态转化的复杂影响。以下为研究的主要发现：
在中性和弱碱性条件（pH 7-8.5）下，细菌生长状况最佳，As(III)的氧化效率最高；而酸性（pH 4）和强碱性（pH 10）条件显著抑制细菌生长和As(III)氧化效率。研究表明，中性和弱碱性环境更有利于砷污染的生物修复。当As(III)浓度为20 mg/L时，细菌在24小时内可完全氧化As(III)；但随着As(III)浓度进一步升高，氧化效率下降，表现出明显的滞后效应。这表明高浓度砷对细菌生长产生毒害作用。腐殖酸对细菌的生长和As(III)氧化过程无显著影响，但在反应后期促进了As(V)的吸附。结果表明，腐殖酸主要通过调控复合体系的物理化学性质（如表面活性）影响砷的行为，而对细菌的生物氧化途径影响有限。
针铁矿颗粒与细菌结合后，紧密包裹在细菌表面，虽然在一定程度上抑制了细菌的养分摄取和生长，但显著增强了As(III)的吸附与氧化能力。在反应10-15小时内，复合体系的界面作用促进了As(III)的氧化，这一过程与·OH（羟基自由基）的生成密切相关。实验发现，针铁矿覆盖在细菌表面后，细菌通过胞外聚合物的磷酸基团与针铁矿表面羟基形成P-O-Fe内圈配位键，显著增强了菌-矿界面的稳定性和反应活性。与单独的细菌或针铁矿相比，复合体显著提升了As(III)的吸附与氧化效率。在复合体系中，检测到Fe(II)和·OH的生成，表明细菌代谢活动与矿物催化作用共同促进了As(III)的氧化。这一现象可能与类芬顿反应相关：细菌代谢过程中产生的H₂O₂在针铁矿催化下生成·OH，加速了氧化过程。在菌-矿互作过程中，针铁矿的晶格结构发生变化，结晶度降低，非晶态物质逐渐积累。同时，针铁矿表面的缩醛和半缩醛氧比例显著增加，表明其与细菌界面发生了复杂的化学反应。
本研究通过系统分析微生物、矿物和有机质在复合体系中的协同作用，揭示了多组分界面对As(III)吸附与氧化的关键机制。研究结果为砷污染土壤的绿色修复提供了理论基础和新策略。基于菌-矿复合作用的修复技术具有高效和环境友好的特点，尤其适用于砷污染较为严重的土壤环境。针铁矿等矿物的改性和菌-矿复合体的进一步优化，能够显著提升砷的处理能力，为环境材料开发提供思路。研究揭示的类芬顿反应与·OH生成机制，不仅对砷污染治理具有重要意义，还可为其他污染物（如有机污染物）的降解提供参考。本研究深化了对砷污染土壤中多组分界面过程的理解，强调了复合体系在环境修复中的潜力，为绿色、可持续的污染治理技术提供了科学依据。
图1. 环境条件（pH、As浓度、HA浓度和矿物浓度）对细菌的生长-繁殖（a-d）和As(III)氧化的影响（e-g）
图2. 针铁矿（a）、SY8细菌（b）、Goe-SY8二元复合物（c）以及Goe-HA-SY8三元复合物（d）的SEM图，XRD图（e）和FTIR光谱图（f）
图3. 不同组分与As(III)反应过程中可溶性As(III)（a）、As(V)（b）和总As（c），及固相产物As-K边XANES光谱和LCF定量拟合分析（d-f）
图4. 菌矿复合体与As(III)反应前（a和c）和之后（b和d）产物XPS（Fe 2P）光谱，以酸溶性总铁（e）和·OH含量（f）
