A mechanistic surface complexation model for glyphosate adsorption to ferrihydrite in competition with phosphate.
Water Res · 2026 · 288:124634 · PMID 41014788 · 등급6 세포·모델 모델링연구 · 환경과 생태 > 토양 거동 · 환경시료
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
토양, 퇴적물, 천연수 및 폐수 처리 슬러지 내 글리포세이트(PMG)의 흡착 및 이동성은 소형 금속(수산화)옥사이드에 의해 조절되며 인산염과의 경쟁에 영향을 받는다. 본 연구에서는 광범위한 농도 범위($\sim 0.02 - 0.6 \text{ mM}$)와 $\text{pH}$ 범위($\sim 4-10$)에서, 그리고 인산염의 유무에 따라 페리하이드라이트(널리 분포하는 나노 크기의 철(수산화)옥사이드)에 대한 PMG의 흡착을 배치 흡착 실험으로 측정하였다. 흡착 데이터는 페리하이드라이트에 대한 전하 분포 및 다중 자리 이온 착화 모델(CD-MUSIC)을 사용하여 해석되었다. 인산염을 경쟁자로 포함하는 것은 글리포세이트 흡착과 무관하게 표면 전위의 정전기적 변화를 유도하였으며, 이는 PMG가 페리하이드라이트에 흡착되는 데 기여하는 화학적 친화력과 정전기적 효과를 정확히 구별할 수 있게 하였다. PMG는 주로 이핵 이자리 착물 형태로 결합하며, 이때 아미노기는 양성자화될 수 있다($\log K_H=7.9$). $\text{pH}$가 낮고 PMG 표면 부하량이 높아서 이핵 이자리 결합 자리가 부족할 때에만, 양성자화된 아미노기 및 포스포네이트기를 가진 단자리 착물이 두드러지게 나타났다. 인산염은 PMG 흡착을 효과적으로 감소시키고 그 이동성을 증가시키는 데 기여한다. 결과로 얻어진 CD 모델은 페리하이드라이트에 대한 PMG 흡착에 대한 정량적이고 메커니즘적인 기술을 제공하며, 이는 PMG의 환경 거동 및 수계 제거 효율 예측 개선에 사용될 수 있다.ORIGINAL ABSTRACT
The adsorption and mobility of glyphosate (PMG) in soils, sediments, natural waters, and wastewater treatment sludge are controlled by small-sized metal (hydr)oxides and affected by competition with phosphate. In this study, the adsorption of PMG to ferrihydrite, a ubiquitous nano-sized iron (hydr)oxide, is measured by batch adsorption experiments at a wide concentration (∼0.02 - 0.6 mM) and pH range (∼4-10), in the absence and presence of phosphate. The adsorption data were interpreted using the charge distribution and multisite ion complexation (CD-MUSIC) model for ferrihydrite. Including phosphate as a competitor induces electrostatic changes on the surface potential, independently of glyphosate adsorption, which allowed us to accurately distinguish between the chemical affinity and electrostatic effects contributing to PMG adsorption to ferrihydrite. PMG binds primarily as a binuclear bidentate complex, of which the amino group may protonate (logKH=7.9). Only at low pH and high PMG surface loading, when binuclear bidentate binding sites become scarce, a monodentate complex with protonated amino and phosphonate groups becomes prominent. Phosphate effectively decreases PMG adsorption and contributes to its enhanced mobility. The resulting CD model provides a quantitative and mechanistic description of PMG adsorption to ferrihydrite, which can be used for improved predictions of the environmental fate of PMG and its water removal effectiveness.| 저자 | Geysels, B.; Hiemstra, T.; Vermeer, A. W. P.; Groenenberg, J. E. |
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| 저널 | Water research |
| 권·호·쪽 | 288(Pt A), 124634 |
| PMID | 41014788 |
| DOI | 10.1016/j.watres.2025.124634 |
| MeSH | Adsorption; Glyphosate; Glycine; Ferric Compounds; Phosphates; Hydrogen-Ion Concentration; Water Pollutants, Chemical; Models, Chemical |