Relation of lead adsorption on birnessites with different average oxidation states of manganese and release of Mn^2＋/H^＋/K^＋

The characteristics of Pb2+ adsorption on the surface of birnessites with different average oxidation states (AOS) of Mn, synthesized under acidic and alkali conditions, were investigated. The results indicated that the amount of adsorbed Pb2+ increased with the increase of Mn AOS in birnessites. The amount of Pb2+ adsorbed positively correlated with the amount of released Mn2+, H+, and K+ (r = 0.9962 > 0.6614, n = 14, α = 0.01). The released Mn2+, H+, and K+ were derived mostly from the corresponding catio...     

水钠锰矿的锰氧化度与Pb~(2+)吸附量的关系

研究水钠锰矿对重金属离子的吸附,其结构中八面体空穴特点与重金属离子吸附的关系是人们关注的热点.采用酸性和碱性2种介质条件合成了具有不同锰氧化度的2个系列水钠锰矿,研究了它们的锰氧化度(average oxidation state of Mn, AOS)与其d110面网间距和Pb2+的最大吸附量的关系,以及Pb2+吸附量与Mn2+、H+和K+释放量的关系.结果表明,同系列的水钠锰矿具有相似的晶体形貌,它们的锰氧化度与其d110面网间距呈极显著的负相关(r =-0.9035<-0.6614,n=14,α=0.01),而与Pb2+的最大吸附量呈极显著的正相关(r=0.9779>0.6614,n=14,α=0.01),供试水钠锰矿锰氧化度的高低表观上反映了结构中八面体空穴数量的多少,水钠锰矿随着锰氧化度的提高,导致其结构中的八面体空穴数增多,对Pb2+的吸附容量增大,八面体空穴数量对Pb2+的吸附量的大小起着非常重要的作用.Pb2+的吸附量与吸附过程中Mn2+、H+和K+的释放量之和呈极显著的正相关(r = 0.9962 > 0.6614,n = 14,α = 0.01),Pb2+吸附过程中伴随的Mn2+、H+和K+的释放主要来自于水钠锰矿结构中八面体空穴处吸附的相应阳离子.吸附前Mn2+,Mn3+与H+、K+占据水钠锰矿结构中八面体空穴上下方位点的相对多少受水钠锰矿的锰氧化度高低的影响,锰氧化度低时,八面体空穴上下方位点吸附Mn2+、Mn3+较多,吸附的H+、K+则较少,反之亦然.     

水钠锰矿的Mn（Ⅲ）分布及Na4P2O7溶液处理对其铅吸附性能的影响

以深入理解水钠锰矿结构中低价锰离子的含量及分布对其铅吸附性能的影响为目的,通过不同pH（pH为2、4、5）的焦磷酸钠溶液络合浸提酸性水钠锰矿结构中的Mn（Ⅱ）和Mn（Ⅲ）,研究了浸提锰离子的形态、含量、矿物的锰平均氧化度和Pb2＋的吸附量及其伴随Mn2＋、H＋释放量的变化.结果表明,锰平均氧化度为3.670的酸性水钠锰...     

Zn2+和Mn2+处理水钠锰矿后对Pb2+吸附量的影响

分别采用Zn2+和Mn2+处理锰平均氧化度较高的水钠锰矿,对比研究了经不同浓度的Zn2+和Mn2+处理后矿物的锰平均氧化度、d110面网间距、对Pb2+的最大吸附量以及吸附过程中Zn2+和Mn2+的最大释放量等的变化.同时,通过Zn2+和Mn2+与水钠锰矿表面反应行为的不同,进一步明确矿物结构中的八面体空穴数量与重金属吸附量的关系.研究结果表明,水钠锰矿经Zn2+和Mn2+分别处理后,矿物类型未改变,并具有相似的晶体形貌.Zn2+溶液处理水钠锰矿时,随着Zn2+浓度的增大,水钠锰矿的锰平均氧化度和d110面网间距不变,说明结构中空穴数量未改变,Zn2+通过占据部分吸附点位,导致其对Pb2+的最大吸附量从3190 mmol·kg-1减少为2030 mmol·kg-1.而Mn2+溶液处理水钠锰矿时,大多数Mn2+被氧化为Mn3+,这些Mn3+部分位于八面体空穴上下方的吸附位点,部分进入八面体空穴中.随着加入的Mn2+浓度增大,Mn2+被氧化为Mn3+而进入八面体空穴的数量增多,锰平均氧化度减小,d110面网间距从0.14160 nm增大至0.14196 nm,说明结构中空穴数量减少,对Pb2+的最大吸附量从3190 mmol·kg-1减少至1332 mmol·kg-1.对比研究结果表明,水钠锰矿结构中的八面体空穴数量对Pb2+的吸附量的大小起着非常重要的作用.     

不同结构水钠锰矿催化氧化对苯二酚腐殖化程度的差异及其原因分析

本文合成了一系列不同氧化度的酸性和碱性水钠锰矿,以对苯二酚作为腐殖质形成的前驱物,分析水钠锰矿矿物类型和亚结构变化对对苯二酚腐殖化程度的影响。取得的主要结果有:水钠锰矿的矿物类型和亚结构(锰氧化度、八面体空位、H+、Mn4+和Mn3+含量)对对苯二酚的腐殖化程度具有重要的影响,且矿物类型的影响大于同种矿物不同亚结构产生的影响。酸性水钠锰矿比碱性水钠锰矿含有更多的H+,导致酸性水钠锰矿比碱性水钠锰矿具有更高的氧化容量,反应达到平衡后,对苯二酚腐殖化程度更高。因此,水钠锰矿物中H+含量对对苯二酚腐殖化程度的影响要大于矿物中Mn4+和Mn3+含量的影响。同种类型水钠锰矿氧化度越高,得电子量将越多,氧化容量越大,反应达到平衡后,对苯二酚腐殖化程度越高。     

水钠锰矿对几种重金属离子的吸附及其与锰氧化度和吸附位点的关系

矿物表面的吸附位点类型与数量决定了其对重金属离子的吸附特性,但氧化锰矿物的结构变化对表面位点,以及吸附特性的影响并不清楚.本研究通过X-射线衍射（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）、等温吸附等技术和方法对比分析了不同锰氧化度（AOS）酸性水钠锰矿对Pb2＋、Cu2＋、Zn2＋、Cd2＋的吸附特点,并探讨了水钠锰矿锰...     

Mn(Ⅲ)在水钠锰矿氧化Cr(Ⅲ)反应中的作用

环境中的氧化锰矿物是可氧化Cr(Ⅲ)的唯一天然无机氧化剂,氧化锰矿物与Cr(Ⅲ)相互作用的反应速率与机制备受关注.本研究以水钠锰矿为对象,采用批量动力学方法研究了其结构中Mn(Ⅲ)在氧化Cr(Ⅲ)反应中的作用及动力学特点.结果表明,水钠锰矿氧化Cr(Ⅲ)符合准一级动力学方程,表观速率常数Kobs为0.0313 min-1,以Na4P2O7预处理水钠锰矿可络合出结构中的部分Mn(Ⅲ),使其Mn的平均氧化度升高.当处理Na4P2O7浓度为10、20、50 mmol/L时,其Mn氧化度由3.50升高至3.63、3.73和3.78,处理后的水钠锰矿对Cr(Ⅲ)的平衡氧化率增加,但初始氧化速率变化并不明显,其相应表观速率常数分别为0.0351、0.0325和0.0309 min-1.水钠锰矿氧化Cr(Ⅲ)的反应历程中,Mn(Ⅳ)→Mn(Ⅲ)的电子转移过程生成的Mn(Ⅲ)显著影响水钠锰矿氧化Cr(Ⅲ)的速率.当新生成Mn(Ⅲ)被Na4P2O7络合后,反应速率降低45%~88%,且水钠锰矿的氧化度较低时,结构中Mn(Ⅲ)含量高,反应中被络合的新生态Mn(Ⅲ)多,反应速率降低幅度相对较大.因此,反应新生成的Mn(Ⅲ)具有较高的反应活性和较快的电子转移速率,而Mn(Ⅳ)→Mn(Ⅲ)的电子转移速率较慢,可能为水钠锰矿氧化Cr(Ⅲ)的反应速率控制步骤.     

Coordination geometry of Zn~(2+) on hexagonal turbostratic birnessites with different Mn average oxidation states and its stability under acid dissolution

Hexagonal turbostratic birnessite,with the characteristics of high contents of vacancies,varying amounts of structural and adsorbed Mn~(3+),and small particle size,undergoes strong adsorption reactions with trace metal(TM)contaminants.While the interactions of TM,i.e.,Zn~(2+),with birnessite are well understood,the effect of birnessite structural characteristics on the coordination and stability of Zn~(2+)on the mineral surfaces under proton attack is as yet unclear.In the present study,the effects of a series of synthesized hexagonal turbostratic birnessites with different Mn average oxide states(AOSs)on the coordination geometry of adsorbed Zn~(2+)and its stability under acidic conditions were investigated.With decreasing Mn AOS,birnessite exhibits smaller particle sizes and thus larger specific surface area,higher amounts of layer Mn~(3+)and thus longer distances for the first Mn\O and Mn\Mn shells,but a low quantity of available vacancies and thus low adsorption capacity for Zn~(2+).Zn K-edge EXAFS spectroscopy demonstrates that birnessite with low Mn AOS has smaller adsorption capacity but more tetrahedral Zn(~(IV)Zn)complexes on vacancies than octahedral(~(VI)Zn)complexes,and Zn~(2+)is more unstable under acidic conditions than that adsorbed on birnessite with high Mn AOS.High Zn~(2+)loading favors the formation of~(VI)Zn complexes over~(IV)Zn complexes,and the release of Zn~(2+)is faster than at low loading.These results will deepen our understanding of the interaction mechanisms of various TMs with natural birnessites,and the stability and thus the potential toxicity of heavy metal pollutants sequestered by engineered nano-sized metal oxide materials.     

青霉菌和镰刀菌对重金属Cd~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)和Pb~(2+)的吸附特性

研究了青霉菌和镰刀菌对重金属Cd2+、Cu2+、Zn2+和Pb2+的吸附特性,探讨了复合重金属和不同培养基对菌株吸附能力的影响.同时,采用察氏液体培养基(CDM)和马铃薯葡萄糖培养基(PDB)接种菌株,对不同种类和浓度的重金属进行吸附实验.结果表明,青霉菌和镰刀菌对Cd2+、Cu2+和Zn2+的吸附率随金属浓度的升高而下降,吸附量随金属浓度的增加先增大后减小;当浓度增加到较高值(300mg·L-1)时,Pb2+的吸附率开始下降,吸附量先逐渐增加后变化不大.菌丝体对重金属的吸附能力表现出一定的差异性,对Pb2+的吸附率和吸附量明显高于其他3种金属,CDM培养青霉菌对300mg·L-1Pb2+的最大吸附量达到34.80mg·g-1.多种重金属的复合抑制了菌丝体对重金属离子的吸附.不同菌丝体对复合重金属的吸附量差异性较大,PDB培养混合菌体对重金属离子的吸附率和吸附量均较大,并有明显的促进作用.CDM培养菌丝体对Pb2+的吸附量均高于PDB培养菌丝体.     

市政污泥生物碳对重金属的吸附特性

采用市政污泥在300℃缺氧条件下制得污泥生物碳,研究了污泥生物碳添加量、溶液pH及吸附反应时间对溶液中Pb2+、Cu2+、Zn2+吸附效果的影响,并分析了各因素影响机制及污泥生物碳对重金属的吸附机理. 结果表明,污泥生物碳对溶液中重金属的去除率与重金属水合离子半径呈负相关,随着污泥生物碳添加量的增加,溶液中重金属的去除率不断增加,但单位吸附量总体上呈下降趋势. 重金属吸附量随溶液pH的增加而增大,当溶液初始pH为6.00时,污泥生物碳对溶液中Pb2+、Cu2+和Zn2+的吸附量最大,分别达42.941、25.769和12.484mg/g. 伪二级动力学方程可有效描述溶液中重金属离子在生物碳上的吸附过程,重金属在污泥生物碳表面的吸附主要受化学反应控制,Pb2+、Cu2+和Zn2+的平衡吸附量分别为39.747、6.849和10.004mg/g,达到吸附平衡的时间为Pb2+＞Zn2+＞Cu2+.      

阳离子强度和阳离子类型对诺氟沙星土壤吸附的影响

以OECD Guideline 106为基础,采用批平衡方法研究不同Ca²⁺离子强度（0.01、0.03、0.05、0.08和0.10 mol/L的CaCl₂溶液）和不同阳离子（0.01 mol/L的NaCl、KCl、NH₄Cl、MgCl₂、CaCl₂、ZnCl₂和AlCl₃溶液）对诺氟沙星在4种土壤（潮土、黄棕壤、水稻土和红壤）中的吸附-解吸影响.结果表明,随着溶液中Ca²⁺离子浓度的增加,诺氟沙星在土壤中的吸附参数K_f值逐渐减小并趋于稳定,两者间存在显著负相关（p≤0.05）.同时,Ca²⁺离子浓度的增加对低浓度诺氟沙星溶液的吸附影响相对高浓度而言不明显. 低pH下,诺氟沙星主要以阳离子形态存在,吸附以阳离子吸附或氢键为主;在兼性离子状态时,则主要以静电吸附和偶极力为主.这是造成4种土壤中诺氟沙星吸附差异的根本原因.在不同离子强度下,土壤溶液中二价Ca²⁺离子存在则对诺氟沙星的活性吸附位点造成竞争性吸附,从而降低诺氟沙星的土壤吸附量.同时,不同阳离子导致诺氟沙星的土壤吸附存在差异.其影响趋势主要为价态的影响,即价态越高,竞争吸附能力越强：M⁺（Na⁺、K⁺、NH^＋₄）2+（Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺）3+（Al³⁺）.     

Heavy metal removal from aqueous solution using carbonaceous K2S-impregnated adsorbent

A novel carbonaceous adsorbent for heavy metal removal was prepared from raw coal by one-step simple sulfur impregnation using K2S. Raw coal was mixed with K2S powder and then heated at 800°C for 30 min in nitrogen to produce K2S char. The sulfur content and form in K2S char were determined, and the ability of K2S char to adsorb Zn2+, Cd2+ and Pb2+ was examined. The K2S impregnation was e ective at impregnating sulfur into coal, especially in the form of elemental, thiophenic and sulfatic sulfur. The sulfur content of K2S char was higher than those of raw coal and pyrolysis char. The Zn2+ removal in 2.4 mmol/L of Zn2+ solution by K2S char was higher than raw coal with the removal rate of 100%. K2S char adsorbed Pb2+ and Cd2+ in 24 mmol/L of Pb2+ and Cd2+ solution with the removal rate of 97% and 35%, respectively. The elution extents of adsorbed Pb2+ and Cd2+ were zero in distilled water and 27% in 0.1 mol/L HCl solution. These results indicated that an e ective adsorbent for heavy metal ions was prepared from coal using K2S sulfur impregnation, and that the adsorbed metals were strongly retained in K2S char.     

不同EPS组成生物膜对Cu2+吸附的研究

采用自行设计的反应器,通过调节培养液的配比对载体进行挂膜,得到蛋白质和多糖含量比分别为7:1、5:1和10:1的3种生物膜作为吸附剂,用其对Cu2+进行吸附试验,同时对吸附机理进行探讨.结果表明,培养8d后,生物膜可挂膜成熟,在C/N=12时,生物膜上的菌落数较C/N=4和C/N=37条件下多.PN/PS值越小,生物膜对铜的吸附量越高,EPS3对Cu2+的吸附量分别高出EPS1 7.37 %, EPS2 7.62%.在生物膜吸附Cu2+后,溶液中Ca2+、Mg2+、K+含量明显升高,表明离子交换对生物膜吸附Cu2+起主要作用,且Cu2+更易与Ca2+和Mg2+产生离子交换作用.当KNO3浓度在0.1~0.6mol/L之间,随着离子强度的增加,生物膜吸附Cu2+的量迅速减少,当KNO3浓度大于0.6mol/L时,生物膜对Cu2+吸附量的变化趋于平缓,说明生物膜对Cu2+的吸附同时包括离子交换吸附和化学吸附.     

碱性水钠锰矿氧化Cr(Ⅲ)的影响因素研究

采用氧化还原法合成3个不同氧化度的碱性水钠锰矿,并表征其晶体结构、比表面积和表面化学性质,探讨其对Cr(Ⅲ)的氧化及影响因素。研究表明:随着合成反应的n(Mn7+)/n(Mn2+)逐渐减小,合成碱性水钠锰矿的氧化度和比表面积逐渐减小,其PZC逐渐升高。反应时间和反应条件(p H、Cr(Ⅲ)浓度和矿物用量)均影响碱性水钠锰矿对Cr(Ⅲ)的氧化。在低p H值范围内Cr(Ⅲ)氧化率随着p H的增加逐渐增加,但在高p H值范围内氧化率随着p H的升高而减小。此外,Cr(Ⅲ)的氧化率随着Cr(Ⅲ)浓度的升高逐渐降低,但随着氧化度的提高显著增加。     

Ni2+对槐叶苹叶片生理特征及亚显微结构的影响

摘要：通过10% Hoagland溶液培养试验研究了不同Ni2+浓度(0、5、10、15、20 mg/L)胁迫下,对槐叶苹叶片矿质营养元素吸收、叶绿素含量、可溶性蛋白、保护酶系统,活性氧水平以及细胞亚显微结构的胁迫影响。结果表明,随着Ni2+浓度的增加,①Ni2+对槐叶苹的矿质营养元素吸收的影响,主要是促进对Ca2+、Na+、Zn2+、Fe3+、Mg2+的吸收,降低对Mn2+、Mo2+、P、K+的吸收;②叶绿素,类胡萝卜素,可溶性蛋白和可溶性糖含量以及超氧化物歧化酶(SOD),过氧化氢酶(CAT)活性逐渐下降,且20 mg/L时数值均低于对照。而过氧化氧酶(POD)、超氧阴离子(O2˙ˉ)、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量逐渐上升,分别为对照的3.83倍、1.68倍、2.07倍、1.31倍;③不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)图谱显示,胁迫导致了相对分子质量(<17200)的多肽增加,并诱导了94000多肽的出现和35000多肽蛋白条带表达量加强;④电镜观察发现,Ni2+胁迫也对叶肉细胞亚显微结构造成了损伤,主要表现为：细胞核核仁解体,染色质凝聚,核膜断裂;叶绿体类囊体膨胀,被膜破裂;线粒体嵴数目减少,线粒体呈空泡状。可见,Ni2+破坏了槐叶苹正常生理活动的结构基础和离子平衡,并造成功能紊乱,这些都是Ni2+对槐叶苹产生胁迫的重要原因。     

Effect of pH on transport of Pb（2＋）,Mn（2＋）,Zn（2＋）and Ni（2＋） through lateritic soil： Column experiments and transport modeling

This study investigated the e ects of pH on the transport of Pb2+, Mn2+, Zn2+ and Ni2+ through lateritic soil columns. Model results by fitting the symmetric breakthrough curves (BTCs) of bromide (Br??) with CXTFIT model suggested that physical non-equilibrium processes were absent in the columns. The heavy metal BTCs were, however, asymmetrical and exhibited a tailing phenomenon, indicating the presence of chemical non-equilibrium processes in the columns. The retardation factors of Pb2+ were the largest of the four metal ions at both pH 4.0 (33.3) and pH 5.0 (35.4). The use of Langmuir isotherm parameters from batch studies with HYDRUS-1D did not predict the BTCs well. Rather the two-site model (TSM) described the heavy metal BTCs better than the equilibrium linear/nonlinear Langmuir model. The fraction of instantaneous sorption sites ( f ) of all four metal ions on the lateritic soil was consistently about 30%–44% of the total sorption sites.     

Photolysis of chlortetracycline in aqueous solution: Kinetics, toxicity and products

The aqueous photodegradation of the widely used antibiotic chlortetracycline (CTC) was investigated under simulated sunlight. The quantum yield of photodegradation increased from 3.3 × 10^-4 to 8.5 × 10^-3 within the pH range of 6.0 to 9.0. The presence of Ca²⁺, Fe³⁺, and NO₃^- enhanced the photodegradation of CTC, whereas Mg²⁺, Mn²⁺, and Zn²⁺ inhibited the degradation with the order Mn²⁺ > Zn²⁺ > Mg²⁺ at pH 7.3. The monovalent cations (Na⁺ and K⁺) had negligible effect on the photolysis of CTC. Fulvic acid (FA) decreased the photodegradation of CTC due to light screening effect. Hydrogen peroxide (H₂O₂) was formed concurrently with direct photodegradation of CTC. The generation rate of H₂O₂ increased from 0.027 to 0.086 μupmol/(L.min) when the pH ranged from 6.0 to 9.0. The CTC solution was about three-fold more toxic to the Photobacterium phosphoreum bacteria after irradiation, suggesting that the photoproducts and H₂O₂ formed in the CTC solution exhibited high risk on the bacteria. By LC-ESI(+)-MS, the photoproducts of CTC were identified. The direct photodegradation of CTC was involved in hydroxylation and N-demethyl/dedismethyl processes. The main photoproducts included the iso-CTC analog containing hydroxyl groups (m/z 511.4 and 495.4), and the N-demethyl/dedismethyl products of the photoproduct m/z 495.4 (m/z 481.3 and 467.4). In addition, the photochemical dechlorination of CTC led to tetracycline (m/z 445.5).     

煤热解过程中无机有害元素的变迁规律

在自行设计的加压密闭快速热解反应器中研究了神华和义马煤中Na、K、Pb和Mn等无机有害元素在氮气条件下随温度（300℃-700℃)的变化规律,进一步考察了热解气氛（氮气、氢气和二氧化碳）、压力对神华煤中这4种元素逸出规律的影响。结果表明：Na、K、Pb和Mn等元素在半焦中的残留量随温度的升高而减少,减少量随煤种而异,如在700℃时,神华煤中Na、K、Pb和Mn的析出率分别是义马煤的3、4．2、1．4和2．4倍;低压快速加氢热解有利于这4种元素的逸出。Pb是挥发性最强的元素,与热力学计算结果一致。     

重金属离子与依诺沙星相互作用的荧光光谱法研究

荧光分析法是利用物质的荧光性质对物质进行分析的方法,文章应用荧光法研究了不同温度下重金属离子Cu2+、Pb2+及Mn2+与喹诺酮类药物依诺沙星(ENX)的相互作用。结果表明:Cu2+、Pb2+及Mn2+对ENX内源荧光的猝灭机制属于形成复合物所引起的静态猝灭,利用Stern-Volmer关系式计算了ENX与重金属离子Cu2+、Pb2+及Mn2+之间的猝灭常数KSV及结合位点数,根据热力学参数(自由能变ΔG、焓变ΔH、熵变ΔS)确定了ENX与重金属离子之间的主要作用力类型为静电作用力。该研究为探讨环境中重金属离子与ENX的作用机理和环境效应提供了理论依据。