受采矿、冶炼、电镀等工业活动影响，重金属污染已成为全球性生态环境问题。水钠锰矿广泛分布于土壤和沉积物中，对重金属具有极强的吸附能力，被称为重金属“清道夫”，是控制地质体中重金属迁移转化的关键主控矿物。然而，水钠锰矿性质不稳定，在自然环境中较易发生相变，进而可能释放被吸附的重金属，造成环境风险。已有研究表明自然环境中微生物可诱导水钠锰矿相变，但这一过程对重金属迁移转化的具体影响机制尚不明确。
本研究以水钠锰矿为研究对象，重金属铅(Pb(II))为特征污染物，利用自然界广泛存在的腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens CN32）在好氧与厌氧条件下诱导水钠锰矿相变，对相变产物进行Pb(II)批吸附实验，结合X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱、扩展X射线吸收精细结构及表面络合模型等多种手段，研究了微生物诱导水钠锰矿相变对Pb(II)吸附容量与吸附机制的影响，取得如下创新发现：
1. 好氧条件下，CN32将部分Mn(IV)还原为Mn(II/III)，虽然水钠锰矿的整体矿物相未发生变化，但锰空位及高活性反应位点总数减少，Pb(II)吸附容量从598 mg/g降低到323 mg/g，但这种局部还原通过形成更高电子供给能力的Mn(III)配位氧，增强了Pb-O键的共价性，反而提升了Pb(II)的环境稳定性。
2. 厌氧条件下，水钠锰矿发生溶解–重沉淀过程，转化为水锰矿（MnOOH）、黑锰矿（Mn3O4）及菱锰矿（MnCO3）等次生矿物，受限于这些矿物固有的低吸附容量，相变产物对Pb(II)的吸附容量从598 mg/g大幅降低到129 mg/g，且Pb(II)的环境稳定性降低。
3. 本次研究结果表明，微生物诱导水钠锰矿相变不仅改变了其对Pb(II)的吸附容量，还通过改变表面配位模式影响Pb(II)的环境稳定性，研究结果有助于更深刻的理解地质体重金属迁移转化规律，为制定科学的矿区和场地重金属风险防控策略提供理论依据。
上述研究成果近期以“Microbial-induced birnessite transformation under different redox conditions and its impact on lead adsorption”为题发表于自然指数期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》，pg电子官网耿源远博士生为论文第一作者，沈征涛副教授为论文通讯作者，pg电子官网施斌教授、唐朝生教授、王宝军教授、刘欢助理教授、范晓亮博士生、张冠宇博士生，加拿大阿尔伯塔大学唐凌逸博士生，美国得克萨斯大学奥斯汀分校Daniel Alessi教授为论文共同作者。该研究得到国家重点研发计划项目（2023YFC3707900）子课题、中央高校基本科研业务费前沿交叉项目（2024300399）、国家自然科学基金面上项目（42277123, 42477187）、江苏省自然科学基金青年项目（BK20220787）资助。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.02.005
图1 微生物诱导相变前后水钠锰矿的XRD和SEM表征结果
图2 Pb(II)吸附前后样品的Mn K边EXAFS谱图
图3 微生物诱导相变前后水钠锰矿Pb(II)吸附等温线及连续提取Pb(II)形态分布
图4 Pb(II)吸附前后水钠锰矿的XRD和TEM表征结果
图5 Pb(II)在水钠锰矿上的吸附边及表面络合模型预测的Pb(II)形态分布
图文：耿源远、沈征涛
审核：陈天宇
