pH值和离子强度对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响机制

磺胺二甲基嘧啶作为普遍使用的抗生素代表,可通过动物粪便施肥及药物不规范使用进入到环境中.针铁矿是土壤中分布广泛且活性较高的一种矿物,会对磺胺二甲基嘧啶的环境行为产生一定的影响.为了正确评估磺胺二甲基嘧啶的环境风险,本文考察了溶液pH值、离子强度对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响.结果表明:磺胺二甲基嘧啶在针铁矿上的吸附具有明显的非线性,且吸附具有明显的滞后现象,吸附等温线可以用Freundlich模型较好的拟合(R~2=0.991);磺胺二甲基嘧啶在针铁矿上的吸附随着pH值的增加先增加后减小,随着离子强度的增加开始有微弱的增加然后保持不变;在酸性和中性条件下,表面络合作用是主导磺胺二甲基嘧啶在针铁矿表面上吸附的主要机制,在碱性条件下静电斥力是主导吸附的主要作用力.因此,在评估抗生素的环境行为时,应该考虑不同的环境条件对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响.     

粪肥施用对抗生素在土壤上吸附的影响

磺胺类抗生素和氟苯尼考(FFC)是浙江省普遍使用的抗生素，在土壤上吸附弱而易于迁移，存在较高的环境风险.近年来，粪源抗生素对农田土壤潜在风险的研究多是在实验室条件下添加粪肥的方式进行，无法评估自然施肥状态下抗生素的污染风险.因此以浙江省长期施用不同肥料(鸡粪、猪粪和化肥)的5种旱地农田土壤[临安(LA)、嘉善(JS)、龙游(LY)、开化(KH)和金华(JH)]为对象，选用4种常用的抗生素[磺胺嘧啶(SD)、磺胺二甲基嘧啶(SMT)、磺胺甲基异噁唑(SMZ)和FFC],进行批量平衡实验，探究土壤不同类型和粪肥类型对抗生素在土壤中吸附的影响.结果表明，4种抗生素在实验土壤中的吸附都较弱，吸附次序为：SMT(1.44～13.23 mg⁽1-(1/n))·L^1/n·kg^-1)>SMZ(0.73～6.05 mg⁽1-(1/n))·L^1/n·kg^-1)>SD(0.16～5.57 mg⁽1-(1/n))·L^1/n·...     

抗生素与重金属复合污染废水处理的研究进展

随着越来越多的污染物进入环境,水体抗生素和重金属复合污染问题已引起学者们的关注.在归纳和总结抗生素和重金属相互作用机理的基础上,综述了抗生素和重金属复合污染废水主要处理技术的研究进展,并总结了其作用机理及优缺点.结果表明:抗生素和重金属的相互作用主要受到抗生素官能团的种类、重金属离子的类型和溶液pH的影响;吸附法是当前应用最多的方法,而光催化法和人工湿地法具有广阔的应用前景,将絮凝剂或零价铁基改性能够增强抗生素和重金属复合污染废水的处理效果,各种方法相结合对处理水体抗生素和重金属复合污染有较大潜力.建议今后研究应着重关注以下几个方面:①各种处理技术在实际环境水体中的应用;②复合污染的环境影响及相关法规标准的制订与完善;③新污染物抗性基因的生成机理及其影响因素.      

针铁矿-富里酸复合材料对铅镉污染土壤的钝化修复性能

珠三角地区作为粤港澳大湾区的重要经济区域,工矿企业多,土壤重金属污染状况较为严重,且多以铅镉复合污染为主,研发安全高效的重金属修复材料与技术对保障区域环境质量和人居安全具有重要意义.本文拟采用钝化修复技术,以南方红壤中典型矿物针铁矿为主体,制备了针铁矿-富里酸复合材料,并将其应用于铅镉复合污染土壤的钝化修复.结果表明,复合材料中富里酸所占的质量分数越高,对铅镉钝化作用效果越好;土壤中铅镉的钝化率(IE)随钝化时间的延长而增加,并趋于稳定;钝化修复后可交换态及碳酸盐结合态Pb含量降低,残渣态Pb含量增加,土壤中Cd可交换态含量降低,铁锰氧化态及残渣态含量显著增加;钝化修复后土壤CEC、速效钾及铵态氮含量均有所提高;综合评价认为针铁矿-富里酸复合材料应用于红壤铅镉钝化修复有效可行.     

十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)在合成针铁矿表面的吸附特征

为了探究十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)在水合针铁矿(α-FeOOH)表面的吸附过程和机理,在不同pH值、离子强度以及温度下采用批处理法研究了针铁矿对BS-12的吸附特征;并对BS-12在针铁矿表面的吸附机制进行了探讨.研究结果表明:针铁矿对BS-12的吸附平衡时间约为8 h,吸附过程符合伪二级动力学模型,吸附速率受化学吸附机理控制.Freundlich等温吸附模型能较好地描述针铁矿对BS-12的吸附,pH值对针铁矿吸附BS-12影响显著,主要取决于针铁矿的电荷零点和BS-12的等电点;离子强度的增加对BS-12的吸附有促进作用;温度的升高促进BS-12的吸附.热力学参数结果表明,针铁矿对BS-12的吸附是一个具有熵增和焓增特征的自发性吸热过程.BS-12在针铁矿表面的吸附是一个较慢发生的吸热的化学吸附的过程,主要吸附机制为化学键作用和疏水结合模式.     

土壤有机质和镉对金霉素吸附-解吸的影响

金霉素已经广泛应用于兽药生产和疾病治疗.由于动物废弃物的土地应用和其它输入来源,重金属与四环素类抗生素往往共存于土壤环境中.基于OECD 106号指导准则,采用批量平衡实验方法,研究了金霉素及其与镉复合后在褐土及去有机质褐土中的吸附和解吸行为.结果表明,在单一和复合污染条件下,金霉素在褐土和去有机质褐土中的吸附和解吸等温线都可以用Freundlich模型进行良好地拟合.在金霉素单一污染和金霉素-镉复合污染条件下,去除有机质能够增加金霉素在褐土中的吸附容量(Kf)和吸附强度(1/n).金霉素在土壤上的解吸过程存在明显的滞后现象,在单一污染物情况下,金霉素在去有机质褐土的解吸滞后现象增强,其HI从0.81增加到1.06;而加镉后这种现象反而有所减弱,其HI从1.11减低到0.84.本研究为建立更加完善的模型以预测金霉素环境浓度或评价其环境风险,提供了可利用的数据和参数.     

土壤中重金属镉锌铅复合污染的研究

采用吸附与解吸实验及盆栽试验，研究了在重金属镉、锌、铅复合污染条件下，棕壤对重金属的吸附、解吸规律，以及菠菜吸收重金属的特点。结果表明：棕壤对铅、锌的吸附分别符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ、Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程，对镉的吸附用Ｌａｎｇｍｕｉｒ、Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ及Ｔｅｍｋｉｎ方程回归都不显。重金属被吸附后的解吸率顺序为：Ｚｎ〉Ｃｄ〉Ｐｂ。Ｐｂ＾２＋与吸附位结合的牢固程度较单一污染时大，而Ｃｄ＾２＋和Ｚ     

微塑料与农田土壤中典型污染物的复合污染研究进展

作为一种新型环境持久性污染物,微塑料除自身能够对生态系统产生不良影响外,其也可与周围环境中的共存污染物形成复合污染,从而产生更高的生态风险和健康风险.基于农业生态系统视角,聚焦重金属、农药和抗生素这3种农田土壤典型污染物与微塑料的复合污染,综述了重金属、农药和抗生素在微塑料上的吸附-解吸行为,探讨了微塑料的结构与性质、污染物的理化性质以及环境条件对重金属、农药和抗生素在微塑料上吸附-解吸行为的影响,阐述了微塑料对农田土壤中重金属、农药和抗生素生物有效性的影响及内在机制,指出了当前研究存在的问题和不足并对未来研究方向进行了展望,可为微塑料与农田土壤典型污染物复合污染的生态风险评估提供科学参考.     

羧甲基-β环糊精对锑-萘复合污染土壤的淋洗修复效果及机制

为了探究羧甲基-β-环糊精（CMCD）对重金属锑（Sb）-萘（Nap）复合污染土壤的淋洗效果及修复机理,采用批量振荡淋洗和实际土柱淋洗的方法,比较了不同条件下的淋洗效果.结果表明,10 g·L^-1的CMCD淋洗效果最好,在pH=4时更有利于其对锑和萘的吸附,最大去除率分别达到94.82%和93.59%.土柱淋洗实验表明,淋洗速率为2 mL·min^-1时效果最好,且间隔淋洗效果略好于连续淋洗,污染物穿透曲线则表明CMCD对萘的吸附迁移作用更大.对淋洗前后的环糊精材料采用3种方式进行表征, FTIR检测结果表明CMCD主要通过表面的羧基、羟基与Sb络合从而将其吸附去除;核磁氢谱和热重分析结果表明CMCD的空腔与萘发生了包合作用.因此,本研究证明CMCD主要通过表面基团络合-Sb、内部空腔包合-萘的方式修复复合污染土壤,可作为性能良好的淋洗剂应用于重金属与多环芳烃复合污染土壤修复工艺中,为环糊精在场地复合污染修复的应用提供一定的理论和参数支持.     

土壤重金属对白菜种子发芽与根伸长抑制的生态毒性效应

测定了水溶液和4种土壤(红壤、草甸棕壤、暗棕壤和栗钙土)条件下,铜、锌、铅、镉单一污染对白菜种子发芽与根伸长的抑制率,以及暗棕壤条件下重金属的复合污染效应.结果表明,同一浓度下,重金属对白菜根伸长抑制率均明显大于对种子发芽抑制率.重金属在土壤中对白菜根伸长抑制效应明显低于其在水体中的抑制效应, 这表明土壤对重金属污染有重要的缓冲作用.铜、锌、铅、镉污染对白菜根伸长抑制率与土壤有机质和土壤氮含量显著负相关;但与土壤pH和土壤钾含量的相关性不显著.铜、锌、铅、镉单一污染对白菜根伸长为刺激作用浓度下,复合污染即产生明显的协同作用,其结果使白菜根伸长的抑制效应阈值明显降低.     

凹凸棒石及其改性材料对土壤镉生物有效性的影响与机制

采用室内盆栽实验和吸附平衡实验,研究了凹凸棒石及其改性材料对土壤镉移动性和生菜吸收镉的影响,并通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)探讨了其机制.结果表明,凹凸棒石及其改性材料均可显著降低生菜体内的Cd含量,改性材料作用优于未改性材料,分别使生菜地上部分Cd含量最大降低41.0%和56.5%.凹凸棒石及其改性材料在投加量为1%时均可显著降低土壤CaCl_2提取态Cd含量,最大降低幅度分别为34.2%和34.3%.凹凸棒石改性后对镉的饱和吸附容量明显提高.凹凸棒石主要是通过表面的硅羟基与Cd~(2+)发生配位反应形成络合物来固定土壤镉,而改性凹凸棒石材料能够通过其表面的硅羟基和羧基与Cd~(2+)发生配位反应形成络合物,从而降低Cd~(2+)在土壤中的移动性,进而达到钝化修复Cd污染土壤的效果.因此凹凸棒石及其改性材料均可被用于镉污染农田土壤修复,但机制不同.     

胺硫改性生物炭对水溶液中不同重金属离子的吸附特性及吸附稳定性

以玉米秸秆为原料热裂解制备生物炭,利用二乙烯三胺和二硫化碳,通过酸化氧化,曼妮希反应胺基改性、二硫化碳巯基取代对生物炭进行胺硫双基团改性,研究胺硫改性生物炭（BC-SN）对Pb²⁺、Ni²⁺及Cd²⁺在单一和三元体系下的吸附特性和吸附稳定性.表征分析证实了生物炭表面胺硫双基团改性成功,且具有比表面积大、表面官能团丰富的特点.对吸附过程进行了pH值、吸附剂投加量和吸附平衡时间的研究.结果表明,单一体系下,吸附平衡时间为4 h,最佳投加量为1、0.8和1.2 g·L^-1,吸附满足准二级动力学方程;三元体系下,吸附平衡时间缩短到1.5h,最佳投加量为0.4、1.6和0.8 g·L^-1,选择吸附顺序为Pb²⁺ > Cd²⁺ > Ni²⁺,吸附总量为0.67 mmol·g^-1,均大于单个重金属离子的吸附量,说明BC-SN对3种重金属离子共存下的污染水体处理效果更好.Pb²⁺和Cd²⁺的吸附以重金属硫化物和螯合氨基形式稳定结合,Ni²⁺的为多种官能团的混合吸附;Pb²⁺和Cd²⁺竞争吸附时结合能更高,吸附稳定性强.     

大肠杆菌IscA膜表面表达菌株在吸附水体重金属中的应用

为构建一种能够高效、同时吸附水中多种重金属离子的大肠杆菌,利用融合蛋白表达技术,首先将大肠杆菌前脂蛋白信号肽Lpp、膜蛋白OmpA的N端部分氨基酸和铁硫簇组装蛋白IscA的编码基因序列进行融合,构建pET-Lpp-OmpA-IscA表达载体,将此载体导入大肠杆菌BL21菌株.在IPTG诱导下,IscA蛋白可表达于细胞膜表面.然后对IscA膜表面表达菌株对重金属的吸附能力进行评估,包括测定最大吸附容量、绘制吸附浓度依赖曲线和时间依赖曲线,以及对菌株清除工业污水中重金属的性能进行初步探索.研究结果表明,与本底对照菌株相比,IscA蛋白在细胞膜表面表达能够使菌株对水中的Cu~(2+)、Ni~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、As~(3+)、Co~(2+)、Hg~(2+)这7种重金属的吸附能力提高2～5倍不等,并且在pH为6～8范围内保持其吸附能力基本不变.此菌株能够在30 min内将各种重金属溶液中超标5倍的金属含量降低至最大允许排放浓度以下,并且对吸附的重金属具有不同程度的回收能力和菌株再生能力.此外,该菌株能够同时吸附工业污水中的多种重金属,有效降低各种重金属含量.因此,利用膜表面表达技术对大肠杆菌进行改造,成功提高了大肠杆菌对多种重金属的吸附能力,为利用微生物治理环境重金属污染提供了良好的应用前景.     

丁基黄药对选矿区土壤吸附铅镉的影响

选矿废水排放和尾矿库溢流等会将大量残留的选矿药剂带入选矿区周边土壤和水环境.采用批处理实验,研究了不同pH、初始丁基黄药（PBX）、Pb²⁺和Cd²⁺浓度下,PBX对某铅锌选矿区土壤吸附Pb²⁺和Cd²⁺的影响;并通过BCR连续提取,研究了不同浓度PBX处理后土壤中铅镉形态变化.结果表明,PBX明显抑制了土壤对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附.PBX浓度为40mg·L^-1时,土壤对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附量分别由未经PBX处理时的3540 mg·kg^-1和387mg·kg^-1降至3085 mg·kg^-1和100mg·kg^-1.无论是否添加PBX,土壤对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附动力学过程可用准二级动力学模型拟合,表明Pb²⁺和Cd²⁺在土壤上的吸附是以化学吸附为主.PBX与Pb²⁺、Cd²⁺形成疏水性难溶络合物以及在土壤表面存在竞争吸附是降低土壤Pb²⁺和Cd²⁺吸附量的主要原因,表明PBX能增加Pb²⁺和Cd²⁺在土壤中的迁移性.PBX对土壤Pb²⁺和Cd²⁺吸附的抑制作用随初始Pb²⁺和Cd²⁺浓度的增大而减弱,随初始PBX浓度及溶液pH值的增大而加强,Freundlich方程能较好描述其等温吸附特征.低含量PBX （100mg·kg^-1）下土壤中可交换态和可还原态镉含量有所增加,可导致土壤中镉的活化;但PBX可降低土壤中可交换态和可还原态铅含量,且随PBX含量升高,铅活性降低效果越显著,这与Pb （C₄H₉OCS₂）₂的络合能力比Cd （C₄H₉OCS₂）₂强有关.研究结果表明应加强选矿废水中残留药剂对土壤中铅镉等重金属潜在生态风险的防控.     

一种改性微生物吸附剂的制备及其对镉离子的吸附特性

改性生物吸附剂具有更好的重金属离子去除能力,成为近年来研究热点.本研究通过向菌株拉乌尔菌Raoultella sp. X13生长培养基中添加特定盐获得改性吸附剂,并研究了其镉离子（Cd²⁺）吸附特性.研究结果表明,相比原始菌体X13,经KCl、K₂SO₄、KH₂PO₄、（NH₄）₂SO₄和NH₄Cl改进的生长培养基制备的吸附剂提高了对Cd²⁺吸附效果.其中,NH₄Cl改性的拉乌尔菌Raoultella sp. X13（命名为R5-1）对Cd²⁺吸附能力显著增加,达66.40 mg·g^-1,增加了47.30%.这一显著变化主要依赖于生长代谢引起的细胞表面结构变化.Cd²⁺吸附特性研究结果表明生物吸附过程受溶液pH、初始金属浓度和接触时间的影响.Langmuir等温线模型和伪二级动力学模型更加符合吸附剂R5-l对Cd²⁺的吸附数据. FTIR分析表明R5-l表面存在多种功能位点并可能参与金属离子的结合,例如—OH,—CH₂,N—H, —COO,磷酸盐或硫酸盐等官能团.模拟实验结果表明吸附剂R5-l可以有效修复废水中多种金属离子.因此,本研究获得的改性吸附剂R5-l可以作为重金属Cd²⁺的潜在微生物修复剂,并为高效,简便,环保地制备改性吸附剂提供一定的参考.     

腐殖酸负载羟基磷灰石对废水中Cd2+吸附性能的影响

以硝酸钙、磷酸氢二铵和腐殖酸为原料,制备了腐殖酸负载羟基磷灰石(HA/HAP)复合吸附剂.同时,利用SEM、BET、FT-IR、XRD对复合吸附剂结构和形貌进行表征,研究了HA/HAP对废水中Cd~(2+)的吸附工艺.结果表明,腐殖酸使羟基磷灰石孔容和孔径增大、比表面积减小,从而提高了羟基磷灰石的吸附性能.在pH=6、吸附剂投加量为800 mg、接触时间为180 min时吸附率最佳,为98.3%.HA/HAP对废水中Cd~(2+)的吸附是自发的、吸热的、可持续的化学吸附,反应前120 min适合采用准一级动力学伴随着内扩散模型描述,后120 min适合采用准二级动力学伴随着内扩散模型描述,Dubinin-Radushkevich(D-R)等温线模型拟合的吸附数据在不同温度下效果最好(R~20.98),吸附量分别为259.15、266.05和264.66 mg·g~(-1).研究表明,静电吸附到腐殖酸活性位点后Cd~(2+)主要以络合反应被吸附到羟基磷灰石的表面和两个羟基中间.     

Removal of Cd2+ from water by Friedel’s salt (FS: 3CaO.Al2O3·CaCl2·10H2O): Sorption characteristics and mechanisms

The development of low-cost and efficient new mineral adsorbents has been a hot topic in recent years. In this study, Friedel’s salt (FS:3CaO·A12O3 ·CaCl2 ·10H2O), a hexagonal layered inorganic absorbent, was synthesized to remove Cd2+ from water. The adsorption process was simulated by Langmuir and Freundlich models. The adsorption mechanism was further analyzed with TEM, XRD, FT-IR analysis and monitoring of metal cations released and solution pH variation. The results indicated the adsorbent FS had an outstanding ability for Cd(Ⅱ) adsorption. The maximum adsorption capacity of the FS for Cd(Ⅱ) removal can reach up to 671.14 mg/g. The nearly equal numbers of Cd2+ adsorbed and Ca2+ released demonstrated that ion-exchange (both surface and inner) of the FS for Cd(Ⅱ) played an important role during the adsorption process. Furthermore, the surface of the FS after adsorption was microscopically disintegrated while the inner lamellar structure was almost unchanged. The behavior of Cd(Ⅱ) adsorption by FS was significantly affected by surface reactions. The mechanisms of Cd2+ adsorption by the FS mainly included surface complexation and surface precipitation. In the present study, the adsorption process was fitted better by the Langmuir isotherm model (R2 = 0.9999) than the Freundlich isotherm model (R2 = 0.8122). Finally, due to the high capacity for ion-exchange on the FS surface, FS is a promising layered inorganic adsorbent for the removal of Cd(Ⅱ) from water.     

藻菌生物膜胞外聚合物与铅锌尾矿重金属的络合配位作用

矿产资源开采冶炼产生大量尾矿渣,其中富含的可溶性重金属引发的生态环境问题日益突显.铅锌矿是我国重要的矿产资源,尾矿露天堆放使得其富含的可溶性重金属淋溶迁移,对矿区周边地表环境造成严重污染.为探明自然水体环境中的藻菌生物膜与重金属的作用机理,采用三维荧光光谱技术研究干旱区天然湖泊中的藻菌生物膜EPS（胞外聚合物）与铅锌尾矿渣中5种重金属离子的络合配位作用.结果表明:①从藻菌生物膜EPS荧光光谱图中可检测出两个荧光峰,均来源于芳香类蛋白酪氨酸物质;②铅锌尾矿淋滤液中的重金属元素主要包括Pb、Co、Ni、Zn和Cd,且这5种金属离子均能有效淬灭EPS的荧光强度;③荧光淬灭滴定试验得出,Pb2+与EPS的络合能力最强,最大络合常数为4.523 1,最大结合位点数为1.177 5;Cd2+与EPS的络合能力最弱,最大络合常数为1.957 1,最大结合位点数为0.684 8;Co2+、Ni2+和Zn2+与EPS的络合能力相似.研究显示,藻菌生物膜EPS中含有的荧光基团与重金属离子的作用强度与金属离子的类型相关,二者的络合配位作用可能会影响重金属在水环境中的化学形态、迁移、生物有效性和生态毒性.      

含vgb基因的重组毕赤酵母菌对重金属离子的吸附解吸特征

酵母因为其比表面积大、密度高被广泛用于水体中重金属的吸附.本文研究比较野生毕赤酵母KM71及含有vgb基因的重组毕赤酵母KM71对重金属Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附解吸特性,并研究混合金属离子对酵母菌吸附性能的影响.不同金属离子均在2 h达到吸附解吸平衡,酵母菌对不同种类金属离子的吸附具有选择性,温度和pH变化对毕赤酵母吸附重金属影响较小.重组毕赤酵母菌对重金属的抗性更强.通过对环境因素及复合剂的优化,得到对重金属镉、镍、铅具有高效吸附性能的重组酵母菌,重组酵母菌对单元素溶液中Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为10.56、17.68和20.14 mg·g^-1,对三元金属混合溶液中的Ni²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附量分别为8.28、9.89和19.99 mg·g^-1.通过条件优化重组毕赤酵母对Ni²⁺、Cd²⁺和 Pb²⁺的吸附率分别提高了15.14%、21.04%、18.47%,吸附量分别提高了11.26、13.43、22.90 mg·g^-1.本试验为促进酵母菌在处理重金属污染废水中的广泛应用提供了科学依据.