尾矿颗粒表面特征与吸附作用的研究：I.尾矿砂颗粒的表征

本文采用多种仪器和化学分析方法对酸性矿山废水污染河流中的细微尾矿砂颗粒的物理化学特性，如矿物组成、化学成份、粒径分布及比表面积等进行了表征。同时实验研究了尾矿砂粒表面特性，计算求解了颗粒表面双电层结构中的表面电荷密度σ０，表面吸附位Ｎｓ，ｐＨｚｐｃ和ｐＨｉｃｐ。最后，应用表面络合三层模式计算求取了尾矿砂颗粒表面固有常数Ｋ＾ｉｎｔ ａｌ，Ｋ＾ｉｎｔ ａ２及表面络合稳定常Ｋ＾ｉｎｔ Ｎａ和Ｋ＾ｉｎｔ     

Ⅱ.尾矿砂对重金属的吸附作用

本文研究了尾矿砂颗粒对Cu,pb,Cd三种重金属离子的吸附作用,以及各种环境条件因素对颗粒表面吸附作用的影响。实验结果表明,细微尾矿砂颗粒对溶液中的重金属离子具有较强烈的吸附作用,并且强烈地依赖于溶液的pH。根据表面络合反应,对尾矿砂颗粒表面基团可能参与的表面络合反应和吸附的重金属形态进行了讨论,并应用简化络合反应模式,求取了尾矿砂颗粒与Cu,Pb,Cd的表面络合形成的条件稳定常数pK_(ad)。     

Ⅱ尾矿砂对重金属的附作用

本文研究了尾矿砂颗粒对Ｃｕ，Ｐｂ，Ｃｄ三种重金属离子的吸附作用，以及各种环境条件因素对颗粒面吸附作用影响。实验结果表明，细微尾矿砂颗粒对溶液中的重金属离子具有较强烈的吸附作用，并且强烈地依赖于溶液的ＰＨ。根据表面络合反应，对尾矿砂颗粒表面基团可能参与的表面络合反应和吸的重金属形态进行了讨论。并应用简化络合反应模式，求取了尾矿砂颗粒与Ｃｒ，Ｐｂ，Ｃｄ的表面络合形成的条件稳定常数ｐＫａｄ。     

天然水体沉积物对重金属离子的吸附特性

本文运用表面络合模式，研究了江西乐安江下游黄龙庙沉积物的吸附特性，测定了样品对重金属ＣＵ，ｃＤ的吸附等温线和ＰＨ吸附突跃曲线；应用ＦＩＴＥＱＯ程序计算了沉积物的表面固有吸附常数；对恒定容量模式，扩散层模式和三层模式在天然水体沉积物中的应用进行了比较。     

凤眼莲对电影洗印废水中银的净化试验

本文进行了凤眼莲对三种不同形态银净化的静态试验研究,得出去除速率K值,24h内为K_(Ag)~+(0.136)>K_(Ag(S_2O_3))~(3-)(0.054)>K_(AgBr)(0.030)。对络合态银的净化做了动态模拟试验,揭示了凤眼莲对银的净化率R与停留时间t呈指数函数R=Ac~(B/t)(B<0)关系,表面去除负荷Ps与t呈幂函数Ps=At~B(B<0)关系。     

不同改良剂对铜矿尾矿砂的改良效果研究

研究了用蒙脱石、稻草和鸡粪作为改良剂对铜矿尾矿砂有效养分、有效态重金属含量、pH值以及对尾矿砂上黑麦草生长的影响。结果表明 :(1 )蒙脱石可显著提高尾矿砂对铵态氮的保留能力 ;(2 )施肥可降低尾矿砂的pH值 ,施用鸡粪可使尾矿砂pH值下降约 1个单位 ,而添加蒙脱石和稻草对尾矿砂pH值未产生明显影响 ;(3 )添加蒙脱石可使尾矿砂中铜、锌的有效态含量降低 ,而添加稻草和鸡粪则使其有效态重金属含量增高 ;(4 )随改良剂添加量的增加 ,蒙脱石和鸡粪处理组黑麦草吸收铜、锌的量减少而稻草处理组则增加 ;(5 ) 3种改良剂可明显影响尾矿砂上黑麦草的生长状况     

氧分子在碳纳米颗粒表面吸附的密度泛函理论研究

基于密度泛函理论,模拟了氧分子在3种典型碳纳米颗粒(富勒烯、碳纳米管和石墨烯)表面的吸附,计算了氧分子垂直和平行吸附于碳纳米颗粒表面的吸附能和吸附距离,确定氧分子在六元环中心平行吸附为最稳定构型.氧分子在3种碳纳米颗粒表面的吸附作用受到碳纳米颗粒的曲率和表面电荷分布的影响,吸附作用力大小顺序为石墨烯富勒烯碳纳米管.电荷分布结果表明,氧分子在碳纳米管、石墨烯表面吸附时无显著的电荷转移,而富勒烯与氧分子之间有部分电荷(0.21e)转移.     

天然水体沉积物的表面特征

本文运用表面络合的模式和原理，研究了江西乐安江下游黄龙庙沉积物的表面特征，通过酸碱滴定实验求定了样吕的零电点ｐＨＰＺＣ、表面质子电荷密度σＨ和表面总吸附位ＮＳ；应用图解法和ＦＩＴＥＱＬ程序计算法求定了江西乐安江下游黄龙库沉积物样品的表面固有常数；对恒定容量模式、扩散层模式和三层模式在天然水体沉积物中的应用进行了比较，研究表明，应用表面络合模式研究天然水体沉积物的表面特是可行的，三种模式都能在一定程     

不同改良剂对铜矿尾矿砂的改良效果研究

研究了用蒙脱石、稻草和鸡粪作为改良剂对铜矿尾矿砂有效养分、有效态重金属含量、pH值以及对尾矿砂上黑麦草生长的影响。结果表明：（1）蒙脱石可显著提高尾矿砂对铵态氮的保留能力；（2）施肥可降低尾矿砂的pH值，施用鸡粪可使尾矿砂pH值下降约1个单位，而添加蒙脱石和稻草对尾矿砂pH值未产生明显影响；（3）添加蒙脱石可使尾矿砂中铜、锌的有效态含量降低，而添加稻草和鸡粪则使其有效态重金属含量增高;(4）随改良剂添加量的增加，蒙脱石和鸡粪处理组黑麦草吸收铜、锌的量减少而稻草处理组则增加；（5）3种改良剂可明显影响尾矿砂上黑麦草的生长状况。     

鲍鱼对2种多环芳烃的富集动力学研究

为探究多环芳烃(PAHs)在海洋生物体内富集过程,选择皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)作为受试生物,应用半静态双箱动力学模型,分别考察了3-甲基菲和9,10-甲基蒽2种多环芳烃在皱纹盘鲍体内的富集动力学过程,通过非线性拟合获得鲍鱼对2种多环芳烃的吸收速率常数(K_1)、释放速率常数(K_2)、生物富集因子(BCF),以及平衡状态下鲍鱼体内2种多环芳烃的含量(Cmax)、生物学半衰期(t_(1/2))等动力学参数。结果表明,鲍鱼对9,10-甲基蒽富集动力学参数K_1、K_2、BCF、Cmax、t_(1/2)的平均值分别为4.9437、0.406、13.59、790.03μg·L~(-1)、3.78 d。鲍鱼对3-甲基菲富集动力学参数K_1、K_2、BCF、Cmax、t_(1/2)的平均值分别为2.3023、0.367、5.97、354.37μg·L~(-1)、3.13 d。鲍鱼在不同浓度下对3-甲基菲和9,10-甲基蒽的生物富集过程均符合双箱动力学模型。     

氧化石墨烯纳米颗粒在饱和砂土中的迁移特性

氧化石墨烯纳米颗粒在饱和砂土中的迁移特性氧化石墨烯是近年来科学界研究的热点之一,由于其独特的物理化学性质,使得它在材料、能源、工程、生物医学等领域引起了广泛的关注.氧化石墨烯一个很重要的特性就是含有大量的羟基、羧基、环氧基等含氧官能团(p Ka从4.3到9.8),使得它具有很好的水溶性和稳定性;相对于其他碳纳米颗粒(如碳纳米管、C60),氧化石墨烯纳米颗粒(GONPs)具有更强的迁移特性,随着其产量的增加,必然会导致在环境中的释放,从而产生一系列环境问题.因此研究     

C_(60)在模拟气溶胶中的光降解实验与理论计算

燃烧及碳纳米材料的生产和处置过程中,均有可能产生富勒烯(C_(60))等纳米颗粒物.这些纳米颗粒物进入大气后,主要存在于气溶胶中.由于本身的共轭结构C_(60)可以吸收紫外可见光发生光氧化转化,研究C_(60)在气溶胶中的光转化对于评价其环境归趋具有重要意义.本研究以环己烷、甲苯和二氯甲烷等溶剂模拟气溶胶表面液体层,采用模拟日光实验和密度泛函理论(DFT)计算研究了C_(60)在3种溶剂中的光化学转化.实验结果表明,C_(60)在环己烷、甲苯和二氯甲烷中的光降解符合准一级动力学,光解速率常数分别为(0.80±0.01)×10~(-3)、(3.80±0.02)×10~(-3)、(14.80±0.20)×10~(-3)min~(-1).DFT计算结果表明,C_(60)在3种溶剂中均可以通过光致产生1O_2发生氧化反应.然而,仅在二氯甲烷中C_(60)可以通过电子转移生成O_2~(·-)来促进C_(60)的光转化.甲苯溶剂中激发态甲苯分子可以敏化C_(60)产生C·-60从而加快C_(60)的降解.理论计算结果有助于解释实验中C_(60)在二氯甲烷中光解速率最快,在甲苯中光解速率比在环己烷中快的现象.     

Hg(Ⅱ)-Cl~-(CN~-)-OH~--悬浮物体系中汞的络合形态与吸附行为初探

本文着重从络合与吸附的角度,探讨了Cl~-、CN~-对Hg(Ⅱ)在蒙脱石、α-Al_2O_3和α-SiO_2上吸附过程的影响。通过络合形态分布与吸附曲线的对比,研究了络合形态与吸附行为的相关性。蒙脱石,α-Al_2O_3和α-SiO_2三种悬浮物对Hg(Ⅱ)的几种形态的吸附亲和力顺序为: Hg(OH)_2>HgOHCl>HgCl_2>HgCl_3~-,HgCl_2~(2-) Hg(CN)_2>Hg(CN)_3~-,Hg(CN)_4~(2-),Hg(CN)_5~(3-)     

高压纸上电泳研究汞的络合水解状态——Hg~(2 )-FA-NO_2~2体系

本工作采用了蓟运河水体中的可溶性富啡酸,(FA:Fulvic Acid)[1],研究了pH 5.25—8.20区间,离子强度μ=0.1条件下,Hg~(2 )-FA-OH~-体系中汞的络合水解状态,电泳分离结果表明有Hg~(2 )-FA的电中性分子(占优势)和阴离子存在。用~(202)Hg示踪原子方法找到了Hg~(2 )-FA在不同pH值下,汞在不同的电泳组分中的分配比例,找到Hg~(2 )-FA的“沉淀边界点”,发现在该点前后汞在各络合水解状态及沉淀中的分配有明显突变。本文还试图推论了Hg~(2 )-FA的可能组成及稳定常数。     

黄河(内蒙古段)水体中沉积物的表面特征

运用表面络合原理,研究了内蒙古清水河县喇嘛湾黄河干流沉积物的表面特征.根据酸碱滴定求得沉积物的零电点pH(PZC),表面质子电荷密度σH及总吸附位NS,运用恒定容量模式求定了样品的表面固有酸度常数.研究表明,应用恒定容量模式研究天然水体沉积物的表面特征是可行的,在一定程度上能较好地吻合实验数据.     

水溶液中Al~(3+)第三水化层对Al(H_2O)_6~(3+)水交换特性影响的密度泛函理论研究

针对水溶液中铝离子第三水化层(hydration shell)对Al(H_2O)~(3+)_6动态水交换反应特性的影响,本文采用密度泛函理论(Density functional theory,DFT)在B3LYP/6-311+G(d,p)基组水平上进行了研究.探讨了第三水化层对第一到第二水化层水交换反应速率常数k~(1-2)_(ex)以及第二到三水化层水交换反应速率常数k~(2-3)_(ex)的影响.研究结果表明,在第三水化层添加不同数目水分子时相应于k~(1-2)_(ex)和k~(2-3)_(ex)的活化能垒变化均不大,表明第三水化层对水交换反应速率常数k~(1-2)_(ex)和k~(2-3)_(ex)影响不大,采用第二水化层就可以较好处理Al(H_2O)~(3+)_6的真实溶剂效应.     

溶解性有机质的表面吸附行为及其对金属基纳米颗粒环境行为的影响

随着纳米科技的不断进步,越来越多的金属基纳米颗粒(MNPs)被添加到油漆、除草剂、杀虫剂等产品中.其大量应用使得MNPs在储存、运输、使用以及处理等过程中不可避免地进入到环境中,从而对生物乃至人类健康产生威胁.环境中丰富的溶解性有机质(DOMs)容易通过静电吸引、配体交换、疏水性等作用吸附到纳米颗粒的表面,从而影响MNPs的迁移转化及生态效应.DOMs的吸附可能会降低MNPs表面电势,加速颗粒聚集,或堵塞表面微孔而减小颗粒的有效暴露面积,抑制金属离子的释放;DOMs吸附也可能增加其释放出的金属离子发生络合反应的几率,从而促进MNPs的溶解.以上矛盾结论的产生是因为DOMs在MNPs表面的吸附行为机制还不十分清晰,有待更深入的研究.因此,本文就DOMs在MNPs表面产生吸附的机理,及其对MNPs聚集、分散及溶解等过程产生的影响进行了系统的评述,并重点剖析了如何量化DOMs在MNPs表面的吸附作用,及不同环境因子对DOMs在MNPs表面的吸附行为的影响,提出为了提高MNPs环境行为及生态效应评估的准确性,建立DOMs吸附作用与MNPs聚集、分散和溶解间的相关关系将是今后研究的重点.     

磺胺与金属氧化物纳米颗粒对发光菌的急性联合毒性及其机制初探

磺胺与金属氧化物纳米颗粒同作为抗菌剂对环境与人体健康皆有危害。为探究其对细菌的毒性作用,测定了4种磺胺,包括磺胺氯哒嗪(SCP)、磺胺吡啶(SPY)、磺胺甲基异恶唑(SMZ)、磺胺嘧啶(SD),与3种金属氧化物纳米颗粒,纳米ZnO(n-ZnO)、纳米CuO(n-CuO)、纳米Cr_2O_3(n-Cr_2O_3)对发光菌(Vibriofischeri)的单一毒性及二元急性联合毒性。结果表明,SCP对V.fischeri的单一毒性明显大于其他3种磺胺;n-ZnO的单一毒性远大于n-CuO和n-Cr_2O_3;磺胺与金属氧化物纳米颗粒的二元急性联合毒性效应表现为拮抗、相加和协同,协同居多,说明金属氧化物纳米颗粒增加了磺胺的生物毒性,两者在环境中的共存带来了更大的环境生态风险。     

BSA体系中2,4-D和阿特拉津对性激素的干扰机理

在2,4-D和阿特拉津以及天然性激素(雌二醇、睾酮)中加入牛血清白蛋白(BSA),通过紫外吸收峰的变化、温度与体系荧光强度的关系、以及计算扩散碰撞猝灭常数Kq等方法确定2,4-D和阿特拉津均可以发生类似天然性激素和BSA间的基态络合.并通过双倒数公式计算出各自二元体系的结合常数.2,4-D、阿特拉津、雌二醇、睾酮与BSA的结合常数(K)均在104数量级,可以认为2,4-D和阿特拉津具有与天然性激素相近的对BSA结合能力,并可通过竞争占据结合位点的方式干扰正常性激素与BSA的结合.     

环糊精的Fenton氧化特性及产物分析

环糊精因其具有包合增溶特性,单独或与高级氧化技术(如Fenton氧化)耦合可应用于有机污染物的土壤污染修复,然而环糊精的稳定性不清楚.本研究考察了环糊精在Fenton体系中的降解动力学及转化产物,评估了环糊精的稳定性.结果表明,β-环糊精(β-CD)在Fenton体系中反应速率随着过氧化氢浓度的升高而线性增加,符合二级动力学过程.环糊精与羟基自由基反应的绝对速率常数在酸性条件下(p H=3)分别为3.9×10~9L·(mol·s)~(-1)(β-CD和甲基β环糊精),6.5×10~9L·(mol·s)~(-1)(羟丙基β环糊精),7.2×10~9L·(mol·s)~(-1)(γ-环糊精),中性条件下(p H=7)为2.9×10~9L·(mol·s)~(-1)(β-CD),3.1×10~9L·(mol·s)~(-1)(MCD),3.2×10~9L·(mol·s)~(-1)(HPCD),3.3×10~9L·(mol·s)~(-1)(γ-CD),显示环糊精在酸性条件下降解加快,且绝对速率常数的种类差别较大,而在中性条件下比较稳定,且种类之间差别不大.产物质谱分析表明,环糊精空腔骨架上的羟基被氧化,生成了含有醛基和羧基氧化产物;反应前后总有机碳含量无明显差别,表明环糊精及产物的空腔结构稳定,未被开环破坏.