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• 铁是地壳元素中丰度第四的过渡金属元素, 广泛存在于大气气溶胶、天然水体、土壤和动植物体内.更为重要的是, 铁易发生氧化还原反应, 在生物地球化学循环过程中扮演着极其重要的角色.此外, 铁拥有π特征的d轨道电子使其很容易与C、O、N和S等元素形成配合物, 是绝大多数生物的电子供体或电子受体.自然界中, 铁的存在形态以及生物利用度与体系的氧化还原条件密切相关.因为Fe(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)的氧化还原电势处在C、O、N和S等主要元素物种氧化还原电势之间, 所以铁元素能够通过与C、O、N和S元素之间的氧化还原反应驱动生物地球化学循环.与此同时, 地球上主要元素C、N、S、Fe、Mn等与微量元素As、Cr、Cu和U等的化学沉积、生物利用、毒性和迁移转化等地球化学循环过程也受到铁氧化还原过程的驱动.显然, 铁相关的氧化还原过程为环境修复技术提供了发展新契机.

  鉴于铁在地球化学中的循环显著地影响着微量元素的地球化学循环以及环境中污染物的迁移、转化、归趋和生物利用等, 铁环境化学已成为环境和地球化学领域的研究重点和前沿热点. 2016年11月, 同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室成功举办了第一届铁环境化学及污染控制技术研讨会.参与此次会议的专家和学者高达330多人, 远远超过了会议主办方的预期, 这也充分反映了我国学者在铁环境化学研究领域的热情和期望.会后, 专家们一致建议我们邀请国内铁环境化学领域的著名专家和学者撰写论文, 形成专辑.于是, 在《化学学报》编委会的支持以及作者、审稿专家和编辑部工作人员的共同努力下, 本“铁环境化学”专辑顺利诞生了！

  本专辑收录了十四篇代表性突出的铁环境化学相关论文, 基本涵盖了铁环境化学的前沿和热点研究内容, 主要包括研究论文、研究评论、研究展望和综述等, 涉及铁基材料去除环境污染物、微生物和铁相互作用、污染物迁移转化和铁循环的密切关系、以及现代表征技术在环境科学中的应用等方面的研究成果.

  研究论文方面:张礼知等报道了Cu²⁺促进Fe@Fe₂O₃核壳结构纳米线活化分子氧降解除草剂阿特拉津的机理, 发现少量Cu²⁺的存在可显著促使Fe@Fe₂O₃生成溶解态Fe(Ⅱ), 从而有助于分子氧活化并产生更多•OH等活性氧物种, 实现阿特拉津的高效降解; 方战强等研究了天然有机质在生物炭负载纳米镍铁降解十溴联苯醚过程中的影响作用及相关机理, 明确了实际应用中需要充分考虑天然有机质的影响; 冯雄汉等研究了As(Ⅴ)浓度和环境因子对硫酸盐绿锈转化的影响及其机制, 揭示了含As(Ⅴ)环境中铁氧化物的形成转化途径和机制, 为环境中As污染治理提供了一种可行的化学途径; 刘同旭等研究了红壤可变电荷矿物的酸碱缓冲能力及表面络合模型, 阐明了矿物表面反应缓冲土壤酸碱变化的机制; 杨建军等运用STXM-NEXAFS研究了Fe(Ⅲ)离子诱发柠檬酸在高岭石表面的固定机制, 在分子层面上阐明了柠檬酸等低分子量有机酸在热带地区土壤的稳定性及动态变化特征; 李芳柏等研究了Fe(Ⅱ)催化水铁矿晶相转变过程中Pb(Ⅱ)的吸附与固定, 发现在游离态Fe(Ⅱ)催化水铁矿晶相转变过程中, Pb(Ⅱ)可以通过晶体包裹或Fe结构取代而被固定到水铁矿表面, 从而降低了重金属Pb(Ⅱ)的活性; 凌岚等比较研究了纳米零价铁去除水中砷和硒的效果, 发现纳米零价铁与砷、硒的反应机理不同, 进而表现出不同的去除效果, 并带来反应后固液两相的差异.

  研究评论方面:张伟贤等评论了纳米零价铁与重金属的反应, 阐明了“核-壳”结构在重金属去除中的作用; 关小红等评论了弱磁场及预磁化强化零价铁去除水中污染物的效能及其作用机制; 艾智慧等评论了纳米零价铁活化分子氧原理及降解有机污染物性能增强策略.

  综述方面:王祥科等综述了功能性纳米零价铁的构筑及其对环境放射性核素铀的富集应用研究进展; 石良等综述了微生物和含铁矿物之间的电子交换; 汤琳等综述了硫化纳米零价铁去除水体污染物的研究进展.

  研究展望方面:周立祥展望了基于生物矿化构建酸性矿山废水新型被动处理系统的新方法, 提出了许多需后续研究的科学问题, 并认为该方法在酸性重金属废水处理与资源化方面有广泛应用前景.

  以上论文较好地反映了我国铁环境化学研究现阶段的发展水平.值得庆贺的是, 在我国铁环境化学领域学者们的努力下, “应用纳米零价铁处理地下水和废水”研究被中国科学院和Clarivate Analytics等机构遴选为2016年100个全球研究热点之一, 同时也是中国领跑全球的30个研究前沿之一！我们相信本特刊的出版能够起到抛砖引玉的作用, 进一步推动我国铁环境化学的发展, 并促进相关学科的技术革新与进步, 具有里程碑的意义.非常感谢本刊的所有作者、审稿专家以及编辑部工作人员的辛勤付出！

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