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针铁矿是土壤中广泛存在和较为稳定的铁氧化物之一，因其具有较大比表面积、较强的表面活性等特性，能显著影响砷在土壤中的迁移、转化、毒性及生物有效性。然而在自然环境中，受氧化还原条件、杂质、多变气候条件等因素的影响，几乎不存在完美结晶的针铁矿，而铁氧化物结构中的缺陷则普遍存在于矿相结构中。因此深入研究土壤针铁矿中缺陷导致其结构的异质性变化，对于理解土壤污染物的迁移转化规律和机制具有重要意义。本文采用沉淀法，通过改变老化时间合成不同缺陷含量的针铁矿，采用XRD、SEM、TG、XPS、VSM、ESR和XAS等手段对不同针铁矿样品的缺陷特性和矿相基本特征进行了表征，评价了不同缺陷含量针铁矿吸附砷的性能，探明了缺陷对针铁矿吸附砷性能的影响规律。主要结果如下：
1、通过调控均匀沉淀反应的老化时间可获得不同缺陷含量针铁矿样品G-1d、G-3d和G-5d。随老化时间的增加，针铁矿样品结晶度增加，比表面积减小，三个样品的X射线散射尺寸分别为38.9nm、47.3nm和55.4nm，比表面积分别为168.5m2/g、78.7m2/g和29.9m2/g。XPS结果表明，针铁矿样品表面羟基的相对含量随着老化时间的增加而减小；TG结果则表明，随着老化时间的增加，针铁矿的含水量逐渐减小。采用邻菲罗啉分光光度法测定三个样品的铁含量，其分别为58.87%、59.29%和60.79%。
2、不同老化时间的针铁矿的缺陷含量存在差异。样品磁学特征和电子自旋共振波谱(ESR)结果表明，老化时间越短，针铁矿的缺陷含量越高。缺陷的存在打破了针铁矿原有的磁矩平衡，缺陷越多样品表现出的磁化强度越强。缺陷也改变了原子局域电子环境，因而ESR信号峰会随缺陷含量增加而增强。同时EXAFS壳层拟合结果可知，三个样品Fe-O配位数介于5.80-5.92之间，差异不大；而Fe-Fe配位数分别为6.80、7.22和7.80，针铁矿缺陷主要以铁空位为主。
3、针铁矿对As(Ⅲ/Ⅴ)的吸附结果表明，随着缺陷含量的增加，针铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附性能均增强，通过Langmuir模型拟合，G-1d、G-3d和G-5d样品对As(Ⅴ)最大吸附量分别为38.81mg/g、13.70mg/g、4.99mg/g，As(Ⅲ)的最大吸附量分别为36.92mg/g、9.41mg/g和2.05mg/g。吸附数据较Langmuir方程更符合Freundlich方程，可归因于缺陷产生表面位点的异质性。随着pH的升高，针铁矿对As(Ⅴ)的吸附量逐渐减小，而对As(Ⅲ)的吸附量有先增加后减小的趋势，且As(Ⅲ)最大吸附量在pH5-7之间。G-1d、G-3d和G-5d三个针铁矿样品的PZC分别为7.8、8.7和8.9，与As(Ⅲ)或As(Ⅴ)反应后Zeta电位都有下降，且As(Ⅴ)的吸附对Zeta电位影响更大，一方面与As(Ⅴ)的吸附量相对As(Ⅲ)的吸附量大有关；另一方面归因于其表面砷的吸附形态。
1、通过调控均匀沉淀反应的老化时间可获得不同缺陷含量针铁矿样品G-1d、G-3d和G-5d。随老化时间的增加，针铁矿样品结晶度增加，比表面积减小，三个样品的X射线散射尺寸分别为38.9nm、47.3nm和55.4nm，比表面积分别为168.5m2/g、78.7m2/g和29.9m2/g。XPS结果表明，针铁矿样品表面羟基的相对含量随着老化时间的增加而减小；TG结果则表明，随着老化时间的增加，针铁矿的含水量逐渐减小。采用邻菲罗啉分光光度法测定三个样品的铁含量，其分别为58.87%、59.29%和60.79%。
2、不同老化时间的针铁矿的缺陷含量存在差异。样品磁学特征和电子自旋共振波谱(ESR)结果表明，老化时间越短，针铁矿的缺陷含量越高。缺陷的存在打破了针铁矿原有的磁矩平衡，缺陷越多样品表现出的磁化强度越强。缺陷也改变了原子局域电子环境，因而ESR信号峰会随缺陷含量增加而增强。同时EXAFS壳层拟合结果可知，三个样品Fe-O配位数介于5.80-5.92之间，差异不大；而Fe-Fe配位数分别为6.80、7.22和7.80，针铁矿缺陷主要以铁空位为主。
3、针铁矿对As(Ⅲ/Ⅴ)的吸附结果表明，随着缺陷含量的增加，针铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附性能均增强，通过Langmuir模型拟合，G-1d、G-3d和G-5d样品对As(Ⅴ)最大吸附量分别为38.81mg/g、13.70mg/g、4.99mg/g，As(Ⅲ)的最大吸附量分别为36.92mg/g、9.41mg/g和2.05mg/g。吸附数据较Langmuir方程更符合Freundlich方程，可归因于缺陷产生表面位点的异质性。随着pH的升高，针铁矿对As(Ⅴ)的吸附量逐渐减小，而对As(Ⅲ)的吸附量有先增加后减小的趋势，且As(Ⅲ)最大吸附量在pH5-7之间。G-1d、G-3d和G-5d三个针铁矿样品的PZC分别为7.8、8.7和8.9，与As(Ⅲ)或As(Ⅴ)反应后Zeta电位都有下降，且As(Ⅴ)的吸附对Zeta电位影响更大，一方面与As(Ⅴ)的吸附量相对As(Ⅲ)的吸附量大有关；另一方面归因于其表面砷的吸附形态。