鉄/マンガン硫化鉱物は嫌気性地下環境に広く存在し、鉄（Fe）、マンガン（Mn）、硫黄（S）元素の循環過程は地下環境における物質循環およびエネルギー変換過程を制御している。酸素（O₂）の攪乱下で、鉄硫化鉱物は二電子経路を通じてO₂を還元し、活性酸素種（ROS）を生成するが、マンガン硫化鉱物がO₂と反応してROSを生成する反応過程はまだ明らかでない。自然界に広く分布する代表的なマンガン硫化鉱物である硫化マンガン（MnS）を対象として、MnSがO₂を活性化して生成するROSの種類、動力学原理および反応機構を探究した。結果は、MnSがO₂を活性化してヒドロキシルラジカル（·OH）、過酸化水素（H₂O₂）、スーパーオキシドアニオンラジカル（O₂^·-）など多数のROSを生成できることを示した。同条件下で、MnS/O₂系における·OHの累積量は389.0 μmol/Lに達し、同濃度のマキノ鉱（FeS）および黄鉄鉱（FeS₂）系のそれぞれの4.4倍および149.6倍に相当する。O₂はまずMnSが提供する単電子で還元されO₂^·-を生成し、その後さらに電子を得てH₂O₂となる。溶存Mn²⁺はO₂/H₂O₂による·OH生成を低効率で触媒するが、構造態Mn(Ⅱ)はH₂O₂からの·OH生成を高効率で触媒できるため、不均一触媒によるH₂O₂が·OH生成の重要な経路である。溶存S^2-は高価数のMn(Ⅲ)/Mn(Ⅳ)へ電子を伝達し、構造態Mn(Ⅱ)の再生を促進し、Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅲ)の電子循環を強化して·OH生成効率を向上させる。フェノールをターゲット汚染物質とした場合、MnS/O₂系は3時間以内に5 mg/Lフェノールの降解効率が97.4%に達し、MnSを用いたO₂活性化が環境修復への良好な応用展望を有することを示した。

硫化マンガン;酸素;ヒドロキシルラジカル;過酸化水素;構造態Mn(Ⅱ)