铁氧化物对砷的吸附作用直接影响着自然环境中砷的迁移转化，然而由于铁氧化物的种类和结构复杂多样，不同铁氧化物的固砷能力存在较大差异。结构取代是铁氧化物生成过程中的常见反应，即铬、铝等相似元素替代部分铁形成取代型铁氧化物。目前，人们对取代型铁氧化物在砷迁移转化中的作用尚缺乏清楚的认识，尤其是铬取代型铁氧化物(铬代铁氧化物)。铬代铁氧化物广泛存在于铬铁矿区等富铬环境中，研究铬代铁氧化物对砷的吸附作用对富铬地区砷污染的预测和防治具有积极意义。本文以铬代水铁矿为主要对象，通过与水铁矿的对比研究，揭示砷(包括As(III)和As(V))在铬代水铁矿表面的吸附行为和分子机制。主要内容如下：
　　(1)通过共沉淀法制备了Cr/Fe摩尔比例为1/3、1/1和3/1的铬代水铁矿，借助化学分析、矿物学表征和模型拟合等方法分析了铬代水铁矿的形貌结构、表面特性以及矿物稳定性。铬代水铁矿的形貌与水铁矿相似，均为纳米级颗粒，且具有明显的团聚性。铬代水铁矿的晶体结构与水铁矿一致，但随着铬取代比例升高，其结晶性逐渐减弱、比表面积逐渐增大。铬原子均匀替代水铁矿结构中的铁原子，表面Fe位点也随之转变为Cr位点。位点种类和密度的变化使铬代水铁矿表面电荷密度随着铬取代比例升高而增大。此外，溶解动力学实验发现铬代水铁矿比水铁矿更不易溶解。
　　(2)在不同pH(3?11)、砷浓度(0.1?3 mM)以及背景电解质浓度(0.05和0.1M)条件下探究了砷在铬代水铁矿表面的吸附行为及规律。吸附动力学实验结果表明砷的吸附速率和吸附密度随铬取代比例升高而下降，且As(V)的降幅大于As(III)。不同pH条件下砷在铬代水铁矿表面的吸附密度变化规律为：As(III)在近中性条件(pH 6?8)下吸附密度最大，pH下降或升高均使吸附密度减小；As(V)在酸性条件下吸附密度最大，且随着pH的升高而逐渐减小。铬取代不改变砷吸附密度随pH的变化规律。不同离子强度条件下的等温吸附实验发现离子强度升高会减小铬代水铁矿对砷的吸附能力，但对水铁矿没有显著影响，这说明铬取代促进了砷的外球络合。
　　(3)通过CD-MUSIC模型拟合定量分析了砷在水铁矿和铬代水铁矿表面吸附的分子机制。水铁矿对砷的吸附主要是通过表面≡FeOH?0.5位点与砷(分子或离子)之间的双齿双核和单齿单核内球络合反应来实现。铬取代改变了矿物表面≡FeOH?0.5位点的密度和排列，从而影响了与≡FeOH?0.5位点相关的内球络合反应，特别是铬取代使得可用于双齿双核反应的≡FeOH?0.5位点(即相邻排列的≡FeOH?0.5位点)大幅减少，直接导致砷的双齿双核比例降低而单齿单核比例升高。与此同时，外球络合作用成为铬代水铁矿吸附砷的补充机制。总的来说，铬取代比例升高使砷的双齿双核络合物占比降低，同时使单齿络合物和外球络合物占比升高。