Die Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass Carbonatgesteine eine auf der Erde weit verbreitete Gesteinsart darstellen; ihre Verwitterungsprodukte gelangen in die lokalen Böden und Sedimente und werden dort zu Hauptbestandteilen dieser Umgebungen. Innerhalb von Fest-Flüssig-Systemen, die aus Carbonatmineralen, Schwermetallen und Wasser bestehen, können Carbonatminerale mit umweltbedingten Metallionen – wie Cu, Pb, Zn und Cd – interagieren und dadurch den umweltgeochemischen Kreislauf dieser Ionen durch Prozesse wie Lösungs- und Fällungsreaktionen sowie Adsorption und Desorption beeinflussen. Hinsichtlich der Adsorptionsmechanismen von Carbonaten gegenüber Schwermetallen wurde beobachtet, dass Carbonatminerale – im Gegensatz zum Adsorptionsverhalten anderer mineralischer Materialien gegenüber Schwermetallionen (welches typischerweise den Adsorptionsisothermen nach Freundlich oder Langmuir folgt) – in ihren Adsorptionsisothermen ausgeprägt nichtlineare Eigenschaften aufweisen (insbesondere S-förmige oder stückweise lineare Kurvenverläufe). Darüber hinaus zeigen ihre kinetischen Kurven eine anfängliche Phase schneller Adsorption, gefolgt von einer nachfolgenden Phase langsamerer Reaktion; dies spiegelt das Auftreten unterschiedlicher Arten von Oberflächenreaktionen an der Fest-Flüssig-Grenzfläche wider. Während sowohl im Inland als auch international umfangreiche Forschungen zu den Reaktionsmechanismen zwischen Calciumcarbonat und Schwermetallen durchgeführt wurden, bleiben Studien, die sich auf die Fest-Flüssig-Interaktionsprozesse zwischen Magnesiumcarbonat und Schwermetallen konzentrieren, nach wie vor rar.
In der vorliegenden Studie wurde Magnesiumcarbonat (MgCO₃) als Adsorbens eingesetzt, um dessen Interaktionseigenschaften mit Blei unter variierenden pH-Werten und anfänglichen Bleikonzentrationen experimentell zu untersuchen. Durch die Analyse der Oberflächeneigenschaften und strukturellen Veränderungen der Festphase nach der Adsorption durch Magnesiumcarbonat werden in dieser Arbeit zudem die zugrundeliegenden Mechanismen erforscht, welche den Übergang zwischen den Adsorptions- und Fällungsprozessen von Blei durch Magnesiumcarbonat steuern. Die experimentellen Ergebnisse erweitern nicht nur theoretisch unser Verständnis der Oberflächenreaktionsmechanismen zwischen Carbonaten und Schwermetallen, sondern sind auch von erheblicher Bedeutung für die Bewertung der Migration und Transformation von Blei in Böden und Grundwässern dolomitreicher Regionen sowie für die Steuerung von Umweltsanierungsmaßnahmen.
Die Hebei Messi Biology Co., Ltd. berichtet, dass diese Arbeit eine systematische Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Bleiionen und Magnesiumcarbonat unter verschiedenen anfänglichen pH-Bedingungen (pH 4 und 7) sowie Anfangskonzentrationen (im Bereich von 0 bis 3 mmol/L) präsentiert. Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass der endgültige pH-Wert des Systems – bedingt durch die Lösungs- und Neutralisationseffekte des Magnesiumcarbonats – bei etwa 10,5 verbleibt. Mit zunehmender Anfangskonzentration an Blei zeigt der Gleichgewichts-pH-Wert des Systems einen ansteigenden Trend; sobald die Anfangskonzentration jedoch 0,75 mmol/L überschreitet, wird die pH-Änderung vernachlässigbar. Die Gleichgewichtskonzentration an Blei steigt mit der Anfangskonzentration an und stabilisiert sich im Wesentlichen, sobald Letztere 0,75 mmol/L übersteigt. Die Adsorptionsisotherme von Blei an Magnesiumcarbonat folgt einem stückweise linearen Verlauf: Bei niedrigen Konzentrationen wird die Reaktion von der Oberflächenkoordinationsadsorption dominiert, wohingegen bei hohen Konzentrationen Oberflächenpräzipitation auftritt, die zur Bildung von Pb₃(CO₃)₂(OH)₂ führt.