黏土矿物材料在废水处理中的应用

综述了黏土矿物材料在废水处理中具有的明显优势,通过课题组10多年来对累托石和膨润土等黏土矿物材料的交换吸附过程进行的深入探索,阐述了天然黏土矿物材料和改性黏土矿物材料在废水处理中的应用,初步探讨了它们的吸附和催化机理,并展望了其应用前景。     

黏土矿物材料在废水处理中的应用

综述了黏土矿物材料在废水处理中具有的明显优势，通过课题组10多年来对累托石和膨润土等黏土矿物材料的交换吸附过程进行的深入探索，阐述了天然黏土矿物材料和改性黏土矿物材料在废水处理中的应用，初步探讨了它们的吸附和催化机理，并展望了其应用前景。     

Cr(Ⅵ)对两种黏土矿物在单一及复合溶液中Cu(Ⅱ)吸附的影响

采用批量吸附实验研究了高岭石和蒙脱石两种黏土矿物对Cu(Ⅱ)的吸附,利用各种吸附模型分析了两种黏土矿物对单一Cu(Ⅱ)溶液及Cu(Ⅱ)-Cr(Ⅵ)复合溶液中Cu(Ⅱ)的吸附机制,同时探讨了pH对两种黏土矿物Cu(Ⅱ)吸附的影响,旨在搞清土壤中重金属的环境化学行为并为土壤中重金属复合污染的修复提供依据.结果表明,高岭石和蒙脱石对单一及复合溶液中Cu(Ⅱ)的吸附是一个先快后慢的过程,120 min基本达到吸附平衡;二级动力学方程为描述两种黏土矿物Cu(Ⅱ)吸附的最佳动力学模型(R2>0.983),其次是内表面扩散模型和一级动力学模型.内表面扩散模型和Boyd模型拟合结果均说明发生在矿物边缘和表面的膜扩散作用是影响吸附的限速步骤.高岭石对Cu(Ⅱ)的吸附符合Freundlich方程(R2>0.971),说明高岭石表面有多种能量不一致的吸附位点,即为不均匀表面;而蒙脱石对Cu(Ⅱ)的吸附符合Langmuir方程(R2>0.983),说明其为单层分子吸附,即化学吸附.两种黏土矿物对Cu(Ⅱ)的吸附均随pH的升高呈先升高后下降的趋势,在pH=5.0时达到最大吸附量;且以Q蒙脱石>Q高岭石,Q单一Cu>Q Cu-Cr复合.Cr(Ⅵ)存在会降低Cu(Ⅱ)的吸附,以pH=6.0时Cr(Ⅵ)对Cu(Ⅱ)的吸附影响最小.     

草酸促进双酚A在黏土矿物悬浮液中光降解研究

选择两种常见的天然黏土矿物高岭石和蒙脱石,研究了有机污染物双酚A(BPA)在其表面的吸附及草酸对黏土矿物悬浮液中BPA光降解的影响.结果表明,BPA在两种黏土矿物表面的吸附量较小,吸附符合Langmuir等温式.在250W金属卤化物灯(λ≥360nm)照射下,草酸可显著促进BPA在高岭石和蒙脱石悬浮液中的光降解,降解动力学符合Langmuir-Hinshelwood方程. 降解速率受pH值的影响较大,pH=4.0时速度最快,光降解速率同时受草酸浓度的影响.最后,通过分析矿物中铁的化学环境及反应过程中铁浓度变化,分析了草酸促进BPA在黏土矿物悬浮液中光降解的可能机制.     

氯化铁对老化黏土矿物中Pb(Ⅱ)解吸效果的研究

为提高淋洗技术在高黏性土壤中的适用性,选取代表黏性土壤细粒径组分的4种黏土矿物,通过180 d的铅(Pb)污染老化,采用振荡淋洗试验研究了氯化铁对4种老化污染后黏土矿物中Pb(Ⅱ)的解吸效果,探讨了氯化铁浓度、液固比和淋洗时间等因素对老化黏土矿物中Pb(Ⅱ)解吸效果的影响,并结合动力学拟合对Pb(Ⅱ)解吸过程进行了分析,利用三步提取法识别了氯化铁解吸前后老化黏土矿物中Pb(Ⅱ)的赋存形态变化。结果表明:随着氯化铁浓度的升高和液固比的增大,4种老化黏土矿物中Pb(Ⅱ)的解吸率会逐渐增加并趋于稳定;当氯化铁浓度为20 mmol/L、液固比为50 mL/g时,蒙脱石、伊利石、绿泥石和蛭石中Pb(Ⅱ)的解吸率分别为66.9%、79.7%、73.7%和63.5%;准一级动力学方程对蒙脱石的解吸过程拟合度较高,Elovich模型方程能更好地描述伊利石和蛭石的解吸过程;而绿泥石的pH值缓冲能力强,使得其解吸的Pb(Ⅱ)会因pH值的上升而发生重吸附和共沉淀现象;形态分析显示,4种老化黏土矿物中层间吸附态Pb(Ⅱ)的占比最高,而氯化铁能够有效地解吸层间吸附态Pb(Ⅱ),在氯化铁浓度为20 mmol/L、液固比为50 mL/g的条件下,蒙脱石、伊利石、绿泥石和蛭石中层间吸附态Pb(Ⅱ)的解吸率分别为60.1%、91.2%、87.1%、56.48%。该研究结果可为南方地区高黏性土壤中重金属污染的修复提供技术参考。     

铁氧化物改性黏土对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

利用铁氧化物对黏土进行了包覆改性,采用静态吸附法对该改性黏土吸附Cr(Ⅵ)的特性进行了研究,并考虑了反应时间、pH、浓度、温度对吸附的影响。实验结果表明,整个吸附过程基本在3h内完成;改性黏土对Cr(Ⅵ)的吸附量随溶液初始pH的增大而明显减小;随着溶液初始浓度和温度的增大而增大。同时,在初始pH为3.0的条件下,研究了改性黏土吸附Cr(Ⅵ)的动力学和热力学特性,结果表明,改性黏土对Cr(Ⅵ)吸附能较好地符合准二级动力学方程和Langmuir等温式。由Langmuir等温式得出,在293K、初始pH为3.0条件下的单层饱和吸附量为12.91 mg•g-1。确定了改性黏土吸附Cr(Ⅵ)的热力学参数,表明该吸附过程是一个吸热的自发过程。与原土的对比实验表明,改性黏土对Cr(Ⅵ)的吸附能力大大增强。     

坡缕石黏土污泥对水相中亚甲基蓝吸附研究

利用坡缕石黏土污泥(从木质素磺酸钠废水中得到)和酸化的坡缕石黏土(1mol/L盐酸)作为吸附剂对水相中的亚甲基蓝进行吸附研究,并利用透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)及Zeta电位分析对两种吸附剂的结构及表面电性进行了表征.结果表明:当吸附剂用量为10mg,温度为30℃时,1mol/L盐酸酸化的坡缕石黏土最大吸附量为97.50mg/g,坡缕石黏土污泥最大吸附量为98.7mg/g.选取坡缕石黏土污泥作为最佳吸附剂,对污泥吸附亚甲基蓝的吸附等温线、吸附热力学及吸附动力学模型进行了研究,结果显示:此吸附过程为自发吸热过程,吸附等温线更符合Langmuir模型,吸附动力学符合准二级动力学模型.     

坡缕石黏土污泥对水相中亚甲基蓝吸附研究

利用坡缕石黏土污泥(从木质素磺酸钠废水中得到)和酸化的坡缕石黏土(1mol/L盐酸)作为吸附剂对水相中的亚甲基蓝进行吸附研究,并利用透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)及Zeta电位分析对两种吸附剂的结构及表面电性进行了表征.结果表明:当吸附剂用量为10mg,温度为30℃时,1mol/L盐酸酸化的坡缕石黏土最大吸附量为97.50mg/g,坡缕石黏土污泥最大吸附量为98.7mg/g.选取坡缕石黏土污泥作为最佳吸附剂,对污泥吸附亚甲基蓝的吸附等温线、吸附热力学及吸附动力学模型进行了研究,结果显示:此吸附过程为自发吸热过程,吸附等温线更符合Langmuir模型,吸附动力学符合准二级动力学模型.     

低浓度范围内聚丙烯酰胺在黏土矿物上的吸附特征

用酰胺基团溴化后碘化镉-淀粉显色分光光度法测定了在0～50mg/L低浓度范围内聚丙烯酰胺(PAM)在高岭土和蒙脱土上的吸附等温线,并考察了电解质浓度和类型对吸附的影响.结果表明,PAM在黏土矿物上有很强的吸附亲合力,吸附等温线为Langmuir型.电解质能大大增强PAM在黏土矿物上的吸附,其中二价离子比一价阳离子更有效.电解质浓度较低时,PAM分子主要以链序态吸附,电解质浓度较高时以链环态、链端态吸附的数量逐渐增多.PAM的吸附只限制在层状黏土矿物的外表面上.在Na⁺介质中,PAM在两种黏土矿物上的吸附量差别不大;而在Ca²⁺介质中,蒙脱土悬浮颗粒产生分裂,为PAM的吸附提供新的外表面积,PAM的吸附量大大高于在高岭土上的吸附量,前者约是后者的2～3倍.     

表层沉积物主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性与贡献

考察表层沉积物中主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性,能够更清楚地解释Mn(Ⅱ)在沉积物-水界面上的迁移转化机理. 以山东省即墨市王圈水库表层沉积物为例,采用化学选择性萃取方法将表层沉积物的主要矿化组分(Fe氧化物、Mn氧化物、有机质和黏土矿物)进行分离,研究这些矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性和贡献. 结果表明,表层沉积物中w(有机质)、w(TE-Fe)和w(TE-Mn)(TE-Fe、TE-Mn分别为总可萃取态Fe、Mn氧化物)分别为16.23、10.12和1.771 mg/g. Langmuir和Freundlich吸附等温方程均能较好地描述表层沉积物及其主要矿化组分吸附Mn(Ⅱ)的过程,Langmuir吸附等温方程拟合效果更好,相关系数达0.95以上. E-Mn、E-Fe(E-Mn、E-Fe分别为可萃取态、锰、铁氧化物)、有机质和黏土矿物对Mn(Ⅱ)的吸附能力分别为77 852.5、38 764.0、17 704.5和44.0 mg/g. 由于各主要矿化组分在表层沉积物中含量的差异,因此有机质的吸附贡献最大,为2.24 mg/g;其次是E-Fe和黏土矿物,分别为1.91和1.22 mg/g;E-Mn为0.62 mg/g.      

氚水在大豆土壤系统中的迁移与分布

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究氚水在大豆-土壤模拟生态系统中的迁移、分布规律.通过为期50d的模拟试验,测定了植物和土壤样品中2种形态氚(自由水氚和结合态氚)的比活度.结果表明:引入土壤中的氚水,不仅在系统各分室间转移和分配,而且迅速向系统外散逸;氚水中的氚以自由水氚和结合态氚形态存在于大豆植株和土壤中;大豆植株中的自由水氚比活度于6h时即达最大值(根19.4Bq·g^-1;茎叶12.3Bq·g^-1),随后便逐渐下降,而结合态氚呈缓慢增加;大豆根中的总氚比活度开始时高于茎叶中的比活度,而后趋于平衡,表层土中2种形态氚基本呈逐渐下降.运用示踪动力学分室模型原理对实验数据拟合得:土壤中的比活度C_s=88.37e^-11.847t+7.38e^-0030t;大豆植株中的比活度C_b=10.30(e^-0.030t-e^-11.847t).     

氚水在模拟水稻田中的消长动力学

氚水在模拟水稻田中迁移，输运动态过程的研究表明，引入田水氚水，不仅在系统各隔室间转移和分配，而且也向系统外迅速地散逸，氚水的氚以自由水氚和结合态氚形式存在下水稻和土壤中，水稻地上部中自由水氚浓度开始增大，至第８天达最大值后便下降，而结合态氚基本上呈增中趋势，稻根中氚浓度低下地上部，表层土中二种形态氚随时间的变化与水稻植株中情况类似。     

海洋贝类对HTO的吸收和结合态氚的形成动态

为了探明HTO在海洋环境中的行为,采用同位素示踪技术研究了5种海洋贝类对HTO的吸收和贝类组织中结合态氚的形成动态.结果显示:贝类组织中的氚以自由水氚(即HTO)和结合态氚形式存在,以自由水氚为主,其量占贝类中总氚比活度的97.4%以上,结合态氚的含量很低,仅占贝类中总氚比活度的0.4%～2.6%.海洋贝类对自由水氚的吸收速度非常快,仅2h有3种贝类(青蛤、紫贻贝和焦河蓝蛤)已达最大值.结合态氚的形成和积累随时间呈缓慢增长的趋势.富集系数(CF)值分析表明,海洋贝类对HTO没有明显的富集作用.     

结合态氚在作物生态系统中的形成动态

采用模拟污染物的同位素示踪技术研究了氚水在玉米、大豆和水稻中结合态氚形成的动态过程,并探讨了结合态氚形成的机理.结果表明,土壤(或水)中的氚水通过作物根系吸收进入作物体内,并在作物各部位形成结合态氚;作物体中结合态氚的比活度随时间呈增加趋势;作物籽粒中的结合态氚的比活度约为2～3Bq/g,玉米籽和稻谷中结合态氚的比活度高于其余部位,而大豆籽则与其他部位相当.对3种作物中结合态氚比活度的变化动态进行指数回归分析得:玉米、大豆和水稻中的比活度分别为C_m(t)=1.14(1-e^-0.0509t)、C_s(t)=1.65(^1-e-0.0595t)和C_r>(t)=1.29(^1-e-0.1027t),经方差分析表明,各拟合方程较好地反映了氚水在玉米、大豆和水稻中结合态氚形成的动态.     

一种高效的硅胶中氚化水自动化解析技术

文章介绍采用温度自动控制的铸铝加热方式提取硅胶中氚化水的一种高效节能解析技术,并通过实验验证表明,该解析技术对硅胶吸附氚化水样品的最佳解析时间为15 min,此时100 g饱和硅胶样品至少能解析水7～10 mL用于液闪测量,对硅胶中氚化水的平均回收率优于99%,氚记忆效应小于万分之二。该技术与GB12375-90标准提出的氚蒸馏技术相比,具有能同时处理多个样品,可提高硅胶氚吸附样品前处理制样效率、节约能源等特点。     

基于氚和CFCs的三江平原浅层地下水更新能力估算

论文通过对三江平原浅层地下水年龄的测定,研究了地下水的来源与更新能力。在井深小于60 m的钻孔中,采集了11 组浅层地下水样,分别测定水中放射性同位素氚(T)和氟利昂(CFCs),根据活塞模型,分别计算出浅层地下水的年龄。分析结果表明,三江平原浅层地下水中氚同位素含量为1.7~61.2 TU;CFC-12 和CFC-113 浓度分别是0.04~1.25 pmol·kg^-1 和0.1~0.71 pmol·kg^-1。根据氚同位素含量估算的浅层地下水年龄范围是39~51 a;CFC-12 浓度估算的浅层地下水年龄范围为38.2~61.7 a。两种测年数据都表明,浅层地下水缺失了0~39 a 的年轻水,这暗示三江平原的地下水主要接受外源水的补给,深循环地下水越流补给地表水并形成湿地,最终补给到河流之中,地下水有稳定的补给源,可以适当地进行开发和利用。     

高通量中子发生器排放气体中氚的去除研究 Ⅰ.催化剂活性测定

中子发生器运行过程中,由于在氚钛靶片上发生氘氚置换及靶片升温等原因,氚钛靶上的一部分氚将脱离靶而随离子源的氚气及真空系统洩漏的空气等一起被排放出来,对工作环境造成危害。     

高通量中子发生器排放气体中氚的去除研究 Ⅰ.催化剂活性测定

中子发生器运行过程中,由于在氚钛靶片上发生氘氚置换及靶片升温等原因,氚钛靶上的一部分氚将脱离靶而随离子源的氚气及真空系统洩漏的空气等一起被排放出来,对工作环境造成危害。     

用岩-土显微特征示踪碳酸盐岩母岩的成土过程——以贵阳市大山洞岩-土剖面为例

以贵阳市大山洞岩-土剖面为例,通过对土层及其碳酸盐岩母岩在物质组分、结构构造等显微特征方面的研究,分析碳酸盐岩母岩的成土过程为:母岩在风化作用过程中,碳酸盐类矿物被溶解随水流走,难溶的粘土矿物和石英等残留下采,铝硅酸盐类矿物经分解并最终形成粘土矿物、褐铁矿、三水铝石、硬、软锰矿和蛋白石(最终变为玉髓和石英),上述矿物堆积下来形成土层。     

全球大气降水年均氚浓度恢复模型(1960-2014年)

运用环境同位素氚（³H）建立模型来定量研究地下水运动规律已被广泛应用于水文地质和环境监测领域,大气降水氚浓度是这类模型中必须的输入值.目前已建立的全球大气降水氚浓度模型（MGMTP）为这一领域的研究提供了一种恢复全球范围内年平均氚浓度的新方法,但该氚浓度模型后期恢复数据出现异常负值及面临适用年限等问题.因此,本文选用国际原子能机构和世界气象组织提供的1960—2014年全球氚浓度值实测资料,基于因子分析法拓展了MGMTP模型的适用年份,并对不同的数据预处理及分析方法进行了对比,同时对MGMTP模型提及的"异常负值"问题进行了进一步明确与改进.最后把模型应用于南北半球的典型站点,将恢复得到的数据与实测数据进行对比,发现拓展后的MGMTP模型结果能较好地拟合实测数据.研究表明,该模型具有简单易用、时间序列长、全球性适用等优点,尤其对缺少大气降水氚浓度实测数据的地区具有重要参考价值.