Mechanistic and Thermodynamic Insights into Anion Exchange by Green Rust

Autor: Myriam I Agnel, Erik Elkaim, Fabienne Warmont, Francis Claret, Sylvain Grangeon, Christophe Tournassat, François Fauth, Marjorie Roulet
Přispěvatelé: Milieux Poreux - UMR7327, Institut des Sciences de la Terre d'Orléans - UMR7327 (ISTO), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), ALBA Synchrotron light source [Barcelone], Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM), Interfaces, Confinement, Matériaux et Nanostructures ( ICMN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO), Lawrence Berkeley National Laboratory [Berkeley] (LBNL), ANR-14-CE01-0006,NACRE,oxydes NAnocristallins: vers un lien entre Cristallochimie et REactivité(2014), Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) (BRGM)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Environmental Science and Technology
Environmental Science and Technology, American Chemical Society, 2020, 54 (2), pp.851-861. ⟨10.1021/acs.est.9b05632⟩
ISSN: 1520-5851
0013-936X
DOI: 10.1021/acs.est.9b05632⟩
Popis: International audience; Fougerite is a naturally occurring green rust, that is, a layered double hydroxide (LDH) containing iron (Fe). Fougerite was identified in natural settings such as hydromorphic soils. It is one of the few inorganic materials with large anion adsorption capacity that stems from the presence of isomorphic substitutions of Fe2+ by Fe3+ in its layers. The importance of anion adsorption in the interlayer of LDH has often been highlighted, but we are still missing a mechanistic understanding and a thermodynamic framework to predict the anion uptake by green rust. We combined laboratory and in operando synchrotron X-ray diffraction and scattering experiments with geochemical modeling to contribute to filling this gap. We showed that the overall exchange process in green rusts having nanometer and micrometer sizes can be seen as a simple anion exchange mechanism without dissolution–recrystallization or interstratification processes. A thermodynamic model of ion exchange, based on the Rothmund and Kornfeld convention, made it possible to predict the interlayer composition in a large range of conditions. This multiscale characterization can serve as a starting point for the building of robust and mechanistic geochemical models that will allow predicting the role of green rust on the geochemical cycle of ions, including nutrients, in soils.
Databáze: OpenAIRE