不同分子量天然有机质和电解质对碳纳米管稳定性的影响

以多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWNTs)为对象,研究不同分子量分布区间天然有机物(natural organic matter,NOM)和电解质对MWNTs在水中凝聚及分散行为的影响.结果表明,低分子量(1 k Da)有机物是NOM的主要构成部分,随着分子量的增大NOM的芳香性增强.电解质投加可通过压缩双电层作用引起水中的MWNTs的凝聚,凝聚过程符合经典DLVO理论.在低电解质浓度条件下,NOM可通过空间位阻作用抑制MWNTs凝聚;且随分子量增大,NOM抑制作用越强.而在高电解质浓度条件下,高分子量(100 kDa)NOM可强化凝聚发生.不同分子量区间NOM将通过不同机制影响碳纳米材料在水中的凝聚.     

天然有机物对水中氧化石墨烯凝聚的影响

在比较不同片径氧化石墨烯(graphene oxide, GO)稳定性的基础上,研究了3种典型天然有机物对水中GO凝聚的影响.结果表明,不同片径的GO在水中均呈现较强的电负性,小片径GO可更为稳定的分散.电解质加入可降低GO表面电位,诱发纳米颗粒间碰撞凝聚.水中GO的凝聚过程符合胶体稳定性(DLVO)理论,可分为扩散控制凝聚和反应控制凝聚两个不同阶段.Ca~(2+)可通过吸附电中和机制进一步降低GO表面电位,具有更强的促凝聚作用.天然有机物的存在可抑制GO的凝聚;与海藻酸钠相比,富里酸和腐殖酸易被GO吸附,抑制凝聚的能力更强.Ca~(2+)与腐殖酸间可发生配位桥连作用,形成尺寸较大的产物,强化GO凝聚的快速进行.不同天然有机物与GO和电解质间存在着复杂的相互作用关系,对水中GO凝聚的影响存在着较大的差异.     

多壁碳纳米管引起白鼠肺部毒性的评价(Comparative Pulmonary Toxic Assessment of Mutil-Wall Carbon Nanotubes in Rats)

以雄性Wistar大白鼠为研究对象,观察了多壁碳纳米管(MWNTs)体内暴露后肺部的病理学变化.采用气管注入方式将直径为40～60nm多壁碳纳米管(40～60MWNTs)和直径小于10nm的多壁碳纳米管(10MWNTs)暴露于大白鼠的体内,同时分别采用纳米二氧化硅(SiO2)和乙炔碳黑(Cb)作为阳性和阴性对照.实验结果表明:实验中采用的纳米颗粒均不同程度地引起了肺部的损伤,同剂量下损伤严重程度顺序为:Cb>10MWNTs>40～60MWNTs>SiO2.多壁碳纳米管对肺部损伤的程度与剂量呈依赖关系,当在低剂量(1mg·kg-1)时,40～60MWNTs仅仅对肺部引起了轻微的炎症损伤,随着剂量的增大,多壁碳纳米管对肺部的损伤越来越严重,出现明显的病理损伤.     

天然沸石对农田退水中氨氮的去除

利用静态吸附实验研究了沸石颗粒大小、氨氮初始浓度、接触时间及Na+离子浓度等因素对天然白银沸石去除模拟黄灌区农田退水中氨氮(NH4+-N)效果的影响,同时研究了吸附等温线特征,并考察了其吸附机理.研究结果表明,沸石颗粒大小、接触时间及NH4+和Na+初始浓度对NH4+-N交换容量都会产生一定影响;根据复相关系数(R2),NH4+-N的吸附等温线更符合三参数等温线模型;而对于两参数等温线模型,Langmuir模型比Freundlich模型能更好地描述NH4+-N在天然沸石上的离子交换过程;NH4+-N吸附实验数据与Elovich模型拟合最好(R2≥0.9766).研究结果表明了天然白银沸石是一种适合NH4+-N去除的离子交换剂,可用于黄灌区农田退水中NH4+-N的去除.     

氢氧化镧改良沉积物对水中磷的吸附特征

考察了氢氧化镧改良沉积物对水中磷酸盐的吸附特征,并考察了被改良沉积物所吸附磷酸盐的形态分布特征.结果发现,氢氧化镧改良沉积物对水中低浓度磷酸盐的吸附可以采用线性模型进行描述,而对高浓度磷酸盐的吸附则适合采用Langmuir模型进行描述.准二级动力学比准一级动力学模型更适合用于拟合改良沉积物对水中磷酸盐的吸附动力学过程,膜扩散和颗粒内扩散共同控制了缓慢吸附阶段的速率.强碱性条件不利于改良沉积物对水中磷酸盐的吸附.溶液共存的Cl~-、SO_4~(2-)、HCO~3~-、Na~+、K~+和Mg~(2+)对改良沉积物吸附水中磷酸盐的影响较小,而溶液共存的Ca~(2+)会促进改良沉积物对水中磷酸盐的吸附.改良沉积物对水中磷酸盐的吸附能力明显强于未改良沉积物.改良沉积物的最大磷酸盐单位吸附量明显高于未改良沉积物,并且改良沉积物的最大单位吸附量随着氢氧化镧添加量的增加而增加.改良沉积物的初始吸附速率随着氢氧化镧添加量的增加也随之增加.改良沉积物的磷吸附-解吸平衡浓度(EPC0)明显低于未改良沉积物.被改良沉积物所吸附的磷酸盐中大部分(84%)以较为稳定的NaOH-rP和HCl-P形态存在,仅仅只有16%左右会以容易释放的NH_4Cl-P和BD-P形态存在.以上结果显示,添加氢氧化镧不仅可以增强沉积物对水中磷酸盐的吸附能力,而且可以降低沉积物中磷的释放风险,氢氧化镧是一种有希望的可以用于沉积物内源磷释放的改良剂.     

水稻土团聚体中Cu~(2+)的解吸动力学特征

用磁力搅拌法和平衡吸附法研究了水稻土的原土和团聚体颗粒吸附态Cu2+的解吸动力学特征.结果表明,原土和团聚体颗粒Cu2+的解吸率大小顺序为粗粉砂级粉砂级原土砂粒级粘粒级,与其有机质、游离氧化铁、氧化铝含量大小顺序相反.Cu2+解吸过程可分为快、慢两个解吸阶段,快解吸阶段属于非专性吸附态Cu2+的解吸,慢解吸阶段属于专性吸附松结合态Cu2+的解吸.用一级动力学方程、E lovich方程和双常数方程模拟Cu2+的解吸过程,相关性均达显著水平.磨细后的原土Cu2+的解吸速率和解吸进度均大于4个粒组团聚体颗粒.Cu2+的解吸速率和解吸量与土壤表面Cu2+的吸附形态有关.     

聚丙烯酸钠为结合相的薄膜扩散梯度技术对水中重金属的选择性测量

以聚丙烯酸钠(PAAS)溶液为结合相,透析膜(CDM)为扩散相,使用改进的薄膜扩散梯度(DGT)装置(CDM-PAAS-DGT),研究其对水中重金属离子累积和测量的选择性.结果表明,队AS溶液的最佳使用浓度为0.0030 mol.1-1;PAAS能够选择性的定量累积和测量水中的Cu2+(回收率98.90%)和Cd2+(回收率103.3%);PAAS与Cu2+和Cd2+的条件配位稳定常数(lgK)分别为6.98和5.61;PAAS对Cu2+和Cd2+的累积容量分别为0.416μmol·ml-1和0.498umol·ml-1.     

基于密度泛函理论揭示Cu~(2+)配位作用对头孢拉定水解反应的影响机制

基于密度泛函理论(DFT,Density functional theory),计算了水中Cu2+与抗生素头孢拉定的配位作用,发现Cu2+与头孢拉定可形成1∶1配合物,该配合物存在两种形态:Cu2+与头孢拉定分子支链氨基氮原子和羰基氧原子配位,同时结合一个水分子;Cu2+与羧基氧原子和内酰胺氧原子配位,同时结合两个水分子.结果表明,Cu2+的配位作用能增大头孢拉定水解反应位点正电荷量,降低水解前线分子轨道能级差和活化能,从而促进头孢拉定水解,该结果得到了实验证实.因此,DFT可用于预测Mn+配位作用对药物和个人护理用品(PPCPs,Pharmaceutical and personal care products)等有机污染物水解的影响,对于PPCPs类有机污染物的生态风险评价具有重要意义.     

不同电荷表面活性剂影响下纳米氧化锌对小球藻的毒性效应与细胞分布

水环境中的带电物质可改变可溶性纳米颗粒的理化性质和累积分布，从而影响纳米颗粒对水生生物的毒性效应.本文探究了3种不同电荷表面活性剂，阳离子型的十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、阴离子型的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、非离子型的聚乙二醇辛基苯基醚(TX-100)存在下纳米氧化锌(nZnO)对小球藻(Chlorella vulgaris)的毒性效应，探明了3种表面活性剂对nZnO性质(电位粒径、Zn²⁺溶出等)及Zn元素细胞分布的影响.结果表明，带有不同电荷的表面活性剂与nZnO复合具有不同的联合毒性效应及机制.阳离子型CTAC促进nZnO的团聚并抑制Zn²⁺的溶出，增强nZnO与藻细胞间的静电相互作用，使细胞表面吸附的颗粒态nZnO增加，其联合毒性表现为拮抗作用；阴离子型SDBS促进nZnO的分散和Zn²⁺的溶出，增强nZnO与藻细胞间的静电排斥，使细胞内Zn²⁺含量增加，其联合毒性表现为协同作用；非离子型TX-100对Zn²⁺的细胞分布无显著影响，可能是通过空间位阻作用减少nZ...     

好氧颗粒污泥对水溶液中酸性淡黄2G的生物吸附

利用好氧颗粒污泥对酸性淡黄2G溶液进行吸附脱色研究,考察了pH值、吸附剂用量、初始酸性淡黄2G的浓度、温度以及NaCl浓度对吸附过程的影响.实验结果表明,吸附过程对溶液pH值具有很高的依赖性,其最佳pH值为2.0.Temkin等温线在整个实验染料浓度范围内能够很好地描述吸附过程.吸附动力学符合准二级动力学模型.内部扩散和边界层扩散都可能影响生物吸附速率.热力学分析表明,吸附过程是一个自发的放热过程.采用FTIR分析的结果进一步揭示了颗粒污泥上官能团(如胺基、羧基和羟基等)可能是染料生物吸附的活跃结合位点.这些结果表明,好氧颗粒污泥可以作为吸附剂以去除水中的酸性淡黄2G。     

静脉注射多壁碳纳米管后大鼠脏器的病理学观察(Pathological Observations of Rat Tissues After Intravenous Injection of Mutil-Wall Carbon Nanotubes)

以Wistar大白鼠为研究对象,观察了多壁碳纳米管(MWNTs)体内暴露后脏器的病理学变化.采用尾静脉注射的方法将直径为40～60nm的多壁碳纳米管(40～60MWNTs)和直径小于10nm的多壁碳纳米管(10MWNTs)暴露于大白鼠体内,同时分别采用纳米二氧化硅(SiO2)和乙炔碳黑(Cb)作为阳性和阴性对照.实验结果表明:1、3、5mg·kg-1(以大鼠体重计)多壁碳纳米管进入大鼠体内90d后,大鼠心脏、肾脏、肝脏和胃结构正常,未见明显的病理损伤.但是多壁碳纳米管均可在大鼠肺部沉积,随着暴露时间的延长,多壁碳纳米管一部分被肺巨噬细胞清除体外,但是残余的多壁碳纳米管引起了肺部的病理学改变.     

镁改性水生植物生物炭吸附水中的微囊藻毒素-LR

利用水生植物苦草和狐尾藻制备镁改性生物炭,并对生物炭的比表面积、孔隙度、元素组成、pH_pzc、FTIR、XPS、XRD进行表征,开展吸附水中微囊藻毒素-LR(MC-LR)的研究.结果表明,与未改性生物炭相比,镁改性生物炭具有较大的比表面积和中孔孔容,其表面负载有MgO和Mg(OH)₂,且具有更多的含氧基团和更高的pH_pzc.以2.0 mol·L^-1的MgCl₂浸渍制备的镁改性生物炭对MC-LR的去除效果最佳.准一级、准二级动力学、Elovich和颗粒内扩散模型都能在不同程度上较好地描述吸附过程.吸附等温线符合Langmuir和Freundlich模型,且较高的温度有利于对MC-LR的吸附,而较高的pH和较大分子量的DOM会抑制吸附.颗粒内扩散、中孔填充是吸附的重要机制,还可能存在氢键、静电吸引和π⁺-π EDA相互作用力.本研究为水生植物残体资源化利用提供新的思路.     

利用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)研究太原市冬季一次雾霾天气的污染特征及成因

2017年11月5日至6日太原市发生了一次重度污染天气,利用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)分析了细颗粒物的化学组成,根据太原市细颗粒源谱库对主要成分进行了来源解析,并结合激光雷达和气象条件研究了雾霾天气成因.结果表明,雾霾天时颗粒物主要包括如下9类:有机碳颗粒(OC)、元素碳颗粒(EC)、元素-有机碳混合颗粒(ECOC)、高分子有机碳(HOC)颗粒、富钾颗粒(K-rich)、富钠颗粒(Na-rich)、左旋葡聚糖颗粒、矿物质颗粒及重金属颗粒,9类颗粒中普遍存在的二次成分表明它们都经历了一定程度的老化过程.含碳颗粒物(OC、EC)与二次颗粒物(SO2-4、NO-3、NH+4)的相关性在干净天时高于雾霾天,二次颗粒物的相关性在两种天气状况下都较高.污染物来源解析结果表明,此次重污染过程主要是由机动车尾气和燃煤引起的.激光雷达及气象数据分析表明,此次污染过程是由外来污染物传输以及风速低、湿度高、大气边界层高度降低等不利的气象条件共同作用造成的.     

海藻酸钙固定混合SRB菌群力学生物吸附Ni2+的动力学

利用海藻酸钙为载体包埋固定化硫酸盐还原菌(SRB)混合菌群,研究了固定化微生物吸附重金属镍离子的动力学特性.结果表明:固定化混合SRB菌群对Ni2+具有良好的吸附性能,最大吸附容量qm高达931.9 mg(Ni2+)/g(SRB)颗粒,是一种颇具应用前景的生物吸附剂.固定化SRB吸附Ni2+的动力学过程可以用准二次动力学方程描述,整个吸附过程可以明显地分为两个阶段,即物理化学吸附阶段和生物沉淀阶段.扩散动力学研究表明,固定化颗粒的内扩散并非是唯一控制吸附速率的机制,整个吸附过程涉及到多种吸附机制.图4表3参14     

水环境中天然有机物对纳米颗粒吸附铅和镉的不同作用

为阐明天然有机物(NOM)在纳米颗粒(NPs)吸附重金属中的作用,研究了蛋白质(牛血清白蛋白,BSA)、碳水化合物(海藻酸钠,NaAlg)和腐殖酸(HA)对二氧化钛纳米颗粒(TNPs)和氧化铈纳米颗粒(CNPs)聚集沉降和吸附Cd²⁺和Pb²⁺的影响.结果表明,当Pb²⁺和Cd²⁺在20—120 mg·L-1范围内,HA和NaAlg显著促进了TNPs和CNPs对这些金属离子的吸附(P<0.05),而BSA对这些金属吸附的影响甚微.TNPs-HA和TNPs-NaAlg对Pb²⁺的吸附分别提高了14%—41%和16%—57%,对Cd²⁺的吸附分别提高了12%—112%和22%—143%.与CNPs相比,CNPs-HA和CNPs-NaAlg对Pb²⁺的吸附增加了21%—71%和23%—65%,对Cd²⁺的吸附增加了26%—45%和45%—91%.并且NPs和NPs-NOM对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附符合Freundlich吸附模型.离子强度的增加抑制了NPs-HA/NaAlg和NPs对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附,而pH的增加对NPs-HA/NaAlg和NPs吸附Pb²⁺和Cd²⁺起促进作用.     

纳米氧化石墨烯对水中锶的吸附特征

采用纳米氧化石墨烯(GO)吸附放射性废水中Sr2+,从吸附原理、吸附动力学、pH对吸附的影响等方面对吸附过程进行研究.采用表面增强拉曼技术和红外光谱对Sr2+在GO表面的吸附进行光谱表征.将GO负载到活性炭表面进行柱实验探索GO在废水处理中的应用.结果表明,在pH值为6.0—6.5时GO对Sr2+的吸附符合Langmuir吸附模型,最大吸附量263.16mg·g-1.GO对Sr2+的吸附符合拟二级动力学方程.在pH3—11范围内吸附量随着pH升高显著增大.GO对Sr2+的吸附具有快速,吸附量大,适用pH范围广的特点,可大量用于放射性废水的处理.GO负载到活性炭上后吸附量有所下降,但克服了GO材料本身在水中粒径小难分离的缺陷,是一种可实际应用、去除环境中Sr2+的新方法.     

二氧化硫及其衍生物的紫外吸收光谱特征

运用紫外可见光光谱分析方法对SO2溶于水和有机溶剂时的吸收光谱特征进行研究,同时也对SO2衍生物亚硫酸钠(Na2SO3)、亚硫酸氢钠(NaHSO3)、焦亚硫酸钠(Na2S2O5)水溶液的吸收光谱特征进行研究,并探讨盐酸(HCl)对其光谱性质的影响.结果表明:①SO2在水、乙醇、甘油、正丁醇中分别在276、277、276、278 nm有一特征吸收峰,在有机溶剂中的吸光强度远大于在水中的吸光强度;②Na2S2O5和NaHSO3水溶液在257 nm处有一特征吸收峰,Na2SO3未见特征吸收峰,加入HCl后,3种化合物溶液均在276 nm出现特征吸收峰;③HCl能增强SO2及其衍生物水溶液的吸光强度,且呈浓度依赖关系;而CaCl2和NaCl对SO2及其衍生物水溶液的吸光强度有降低作用.因此可得出结论:①SO2在水中的吸光强度远小于在有机溶剂中的吸光强度;②HCl对SO2溶于水中的吸光强度的增强作用是H+的作用而不是Cl-的作用;③SO2衍生物溶液不存在或很少存在SO2分子,但加入适量HCl可使该衍生物用作"SO2供体",亚硫酸氢钠酸性溶液和焦亚硫酸钠酸性溶液可作为"SO2供体"用于SO2毒理学和生理学的研究和实践.     

碳纳米管负载Pd基催化剂对水中2,4-二氯酚的催化加氢脱氯

对多壁碳纳米管(MWNTs)进行掺氮得到含氮的多壁碳纳米管N-MWNTs,分别以MWNTs和N-MWNTs为载体,采用浸渍法合成了催化剂Pd/MWNTs和Pd/N-MWNTs.使用透射电镜(TEM)、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)、X射线衍射仪(XRD)、元素分析仪等对催化剂进行了表征,并对2,4-二氯酚(2,4-DCP)的液相催化加氢脱氯反应进行了研究.结果表明,Pd/N-MWNTs对2,4-DCP具有更高的催化活性;该反应体系的催化反应过程不受传质阻力的影响;2,4-DCP在催化剂上的加氢脱氯行为符合Langmuir-Hinshelwood模型,即2,4-DCP的还原脱氯受表面吸附所控制.     

水处理氧化还原过程的电动化学特性

以流动电流为参数,研究了水处理条件下氧化还原过程的电动化学特性.考察了水中KMnO_4及其与Mn~(2+),Fe~(2+)之间氧化还原作用的流动电流(SC)规律,探讨了氧化还原的初始条件、水处理环境、原水水质、氧化剂与还原剂的投加方式等对流动电流的影响.结果表明,水中约0.5mg·l~(-1)的KMnO_4可产生SC的峰值,而且当它与Mn~(2+)和Fe~(2+)经不同条件进行氧化还原作用时,可通过SC值的变化表现出更为明显的电动化学特性.     

金属纳米颗粒的环境行为及其与藻类的相互作用概述

金属纳米颗粒在各领域的应用日益广泛，可通过多种途径进入环境，并在水生生态系统中积累.因此关于其进入水环境后的行为及与水中初级生产者—藻类相互作用的研究至关重要.金属纳米颗粒在水中会发生团聚、沉降、溶解、硫化反应及光化学反应等，这些行为受到自身理化性质(大小、形状、表面电荷、晶体结构、化学组成等)和环境因素(pH、离子强度、阳离子价态等)的影响，进而改变金属纳米颗粒在藻类表面的吸附聚集和可能的吸收累积.金属纳米颗粒还可能影响藻类光合作用、引起氧化应激、甚至造成藻类的凋亡.同时，与金属纳米颗粒共存的其它污染物及天然有机质也可能改变金属纳米颗粒的行为、生物吸附、生物累积和生物效应.相应地，藻类在面对金属纳米颗粒胁迫时也会启动自我防御机制.尽管如此，真实环境中金属纳米颗粒与藻类的相互作用及分子机制仍有待进一步研究.