纳米TiO2协助下As（Ⅲ）在可变电荷土壤中的光催化氧化和吸附

环境中As(Ⅲ)的毒性和活动性均大于As(Ⅴ),将A8(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)有利于砷的固定.为此使用自制的光催化装置,采用一次平衡法研究了纳米TiO2协助下As(Ⅲ)在土壤悬液体系中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附.结果表明,As(Ⅲ)的光催化氧化量随TiO2的加入量和光照时间的增加而增加,当TiO2的加入量为1.0 g·L-1,光照时间为90 min时As(Ⅲ)可以达到很好的转化效果.As(Ⅲ)在土壤中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附增加了水体中砷的去除量,在Fe/Al氧化物与TiO2体系中也观察到类似的效应.实验结果还表明γ-Al2O3也可诱导As(Ⅲ)的光催化氧化.     

光照厌氧条件下沼泽红假单胞菌对砷的抗性及其机制

采用UV-Vis和HPLC-ICP-MS分析方法,在光照厌氧条件下研究了沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris CQV97)对砷(As)的抗性和机制.结果表明,As(Ⅴ)与As(Ⅲ)对R.palustris CQV97的半数效应浓度(EC50)分别为2.3mmol·L-1和0.9mmol·L-1;该菌株能够将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ),不能将As(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)或甲基砷;在含有0.1mmol·L-1As(Ⅴ)的培养基中培养80h,细胞积累的总As可达1.32mg·g-1(以干重计),其中,9.8%存在于细胞质中,4.9%与细胞膜的脂质相结合,其余被认为吸附在细胞表面;全细胞、细胞质、细胞膜所含的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的相对比例分别为16.3%和83.7%、12.1%和87.9%、16.5%和83.5%.静息细胞砷吸附结果表明,与0℃孵育细胞相比,25℃孵育细胞对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)吸附量较高;灭活细胞对As(Ⅴ)的吸附量进一步提高,而对As(Ⅲ)的吸附量则降低.因此,光照厌氧条件下,R.palustrisCQV97对As具有较强的抗性和吸附特性,对As(Ⅴ)的抗性和吸附性均明显高于As(Ⅲ);其抗砷机制为细胞质As(Ⅴ)的还原途径,具体为在细胞内将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ),继而As(Ⅲ)被转运至细胞外,维持胞内As的含量在较低水平.本研究可为深入理解光合细菌对无机砷的抗性机制、砷的地球化学循环及砷的环境污染和生物修复提供理论参考.     

水铁矿及其胶体对砷的吸附与吸附形态

采用吸附实验,通过吸附动力学和吸附等温模型,研究了水铁矿及其胶体对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附能力.在此基础上,使用连续提取和As化学形态提取技术分别对水铁矿及其胶体固相上吸附As的结合形态和化学形态进行提取分析.吸附动力学研究以及Langmuir和Freundlich两种吸附等温模型拟合结果表明,水铁矿及其胶体对As的吸附为多层吸附,且易于进行.水铁矿胶体对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附量分别为194.8 g·kg~(-1)和107.3 g·kg~(-1),而水铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附能力分别为155.2 g·kg~(-1)和104.4 g·kg~(-1),均低于水铁矿胶体.水铁矿及其胶体吸附的As以专性吸附As、无定形铁氧化物结合As和晶型铁氧化物结合As形式存在,胶体上未形成残渣态As.因此,水铁矿胶体吸附As的牢固程度低于吸附As后形成残渣态As的水铁矿,且所吸附的As容易重新释放到环境中,增加环境风险.水铁矿单独存在时不具有将As(Ⅴ)还原为As(Ⅲ)的能力.     

纳米TiO2协助下As(Ⅲ)在可变电荷土壤中的光催化氧化和吸附

环境中As(Ⅲ)的毒性和活动性均大于As(Ⅴ),将As(Ⅲ)转化为As(Ⅴ)有利于砷的固定.为此使用自制的光催化装置,采用一次平衡法研究了纳米TiO₂协助下As(Ⅲ)在土壤悬液体系中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附.结果表明,As(Ⅲ)的光催化氧化量随TiO₂的加入量和光照时间的增加而增加,当TiO₂的加入量为1.0 g·L^-1,光照时间为90 min时As(Ⅲ)可以达到很好的转化效果.As(Ⅲ)在土壤中的光催化氧化及土壤对氧化产物的吸附增加了水体中砷的去除量,在Fe/Al氧化物与TiO₂体系中也观察到类似的效应.实验结果还表明γ-Al₂O₃也可诱导As(Ⅲ)的光催化氧化.     

焙烧层状氢氧化镁铝对水溶液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ) 的吸附性能比较

通过静态吸附实验,对比研究了焙烧层状氢氧化镁铝(Mg-Al CLDH)对水溶液中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)阴离子的吸附特性,并用粉末X射线衍射对Mg-Al CLDH吸附前后的结构进行了表征.结果表明,Mg-Al CLDH对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附是通过“结构记忆"效应实现的.Mg-Al CLDH可有效脱除溶液中的含砷阴离子,其吸附量明显高于现有文献的报道.当As(Ⅲ) 和As(Ⅴ)初始浓度(以As计)分别高达10 mg·L^-1和40 mg·L^-1时,吸附后溶液中残余As浓度<10 μg·L^-1.在本研究的初始浓度4～500 mg·L^-1范围内,在298～323 K下, As(Ⅲ)和As(Ⅴ)在Mg-Al CLDH上的最大吸附量(以As计)分别为150.46～224.03 mg·g^-1和149.62～224.76 mg·g^-1,且吸附量仍呈直线上升趋势.吸附量随温度升高而增大,表现为吸热吸附.As(Ⅲ)和As(Ⅴ)阴离子在Mg-Al CLDH上的吸附等温线分别属于L型和H型.在低浓度区域,As(Ⅲ)在Mg-Al CLDH上的吸附可用Freundlich等温方程式来描述,As(Ⅴ)更符合Langmuir等温方程式;在高浓度范围内,均可用Freundlich等温方程式来描述.在相同初始浓度和温度下,Mg-Al CLDH对As(Ⅴ) 的吸附速率和脱除率远远大于As(Ⅲ),吸附速率和脱除率随溶液初始浓度的降低和温度的升高而增大,伪二级动力学方程可较好地描述二者在Mg-Al CLDH上的吸附动力学过程.吸附基本不受溶液初始pH值(3.0～10.0)和离子强度的影响.当溶液中As(Ⅴ)和As(Ⅲ) 同时存在时,Mg-Al CLDH优先吸附As(Ⅴ).     

赤铁矿对砷的吸附解吸及氧化特征

采用等温吸附热力学的方法,研究了赤铁矿(α-Fe2O3)对三价砷离子的吸附和氧化特征,以及温度、pH值等因素对吸附和氧化效果的影响.研究结果表明,Langmuir方程可以很好地表述吸附量与初始三价砷离子浓度的关系(R2=0.9939);随着初始砷离子浓度的增大,溶液中As(V)的浓度(氧化量)也逐渐增大,然而氧化率却随着初始砷离子浓度的增大而减小;35℃条件下的吸附量和吸附率、氧化量和氧化率都比25℃时大,表明升高温度有利于赤铁矿对砷离子的吸附和氧化作用.溶液酸度对于As(Ⅲ)的吸附和氧化有着不同的影响,在pH<8时,吸附量和吸附率随pH上升而增加,在pH=8时达到最大,随后随pH上升而减小;当pH低于6.0时,随着pH的增加As(Ⅲ)氧化量、氧化率逐渐增大,而当pH高于6.0时.随着pH增加As(Ⅲ)氧化量反而降低.最大氧化量出现在pH=6.0处.     

模拟环境条件下δ-MnO_2氧化As(Ⅲ)的搅拌流动动力学特征

采用搅拌流动法研究了酸性水钠锰矿及水羟锰矿2种δ-MnO2矿物氧化As(Ⅲ)的动力学过程,构建了可用于多相体系的搅拌-流动氧化还原反应动力学模型.经过As吸附量的校正后,该模型对酸性水钠锰矿及水羟锰矿氧化As(Ⅲ)动力学数据拟合度分别为0.980和0.951,模型拟合得到pH 7时2种矿物单位比表面上氧化As(Ⅲ)的初始反应速率常数k分别为0.131,0.014min-1·m-2.相比而言,该速率常数明显高于批量法得到的表观速率常数kobs,0.021,0.001min-1?m-2更接近真实的化学动力学参数.搅拌流动法与批量法得到的不同矿物的速率常数大小趋势一致,即尽管酸性水钠锰矿对As(Ⅲ)的氧化率低于水羟锰矿,单位比表面上酸性水钠锰矿氧化As(Ⅲ)初始反应速率却远高于水羟锰矿.反应过程分析表明,反应初始阶段,As(Ⅲ)的吸附为主要限速步骤;而随着反应的进行,矿物表面反应位点逐渐钝化或减少,反应位点数量成为限速步骤.     

Fe-La二元氢氧化物对水中As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的吸附行为与机制

采用共沉淀法制备了铁-镧二元氢氧化物(Fe-La)吸附剂,通过吸附动力学、pH的影响和吸附等温线等吸附批实验研究了其对水溶液中砷的去除行为,并通过扫描电子显微镜-X射线能谱分析(SEM-EDS)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)、X射线衍射分析(XRD)等方法对铁-镧二元氢氧化物进行了表征,研究其对砷的去除机制.吸附批实验表明,Fe-La二元氢氧化物对As(Ⅴ)具有较强的去除能力,而对As(Ⅲ)的去除能力较弱.吸附动力学实验表明,Fe-La二元氢氧化物对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)在前2 h内吸附速率较快,其去除过程均符合伪二级动力学模型.溶液的pH值会显著影响Fa-La二元氢氧化物对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)的去除效率,其中,对As(Ⅴ)的吸附量在pH=3.0～4.0时升高,在pH=5.0～11.0时随pH升高而降低;对As(Ⅲ)的吸附量在pH=3.0～6.0时升高,在pH=6.0～10.0范围内保持不变,在pH=10.0～11.0时吸附量减少.Langmuir吸附等温线拟合结果表明,pH=4.0时Fe-La二元氢氧化物对As(Ⅴ)的最大吸附量为303.03 mg·g^-1,...     

磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料光催化/吸附去除水中As(Ⅲ)

原水砷污染问题严重威胁饮用水水质安全,随着生活饮用水标准的提高,致使多地饮用水中砷超标问题突显.本研究利用CeO_2半导体的光催化活性及CeO_2和Fe_3O_4对As(Ⅴ)的强亲和力,合成了双组份磁性CeO_2-Fe_3O_4复合材料,并采用SEM、XRD、BET和VSM等手段进行表征,考察复合材料的光催化/吸附除砷效果;研究了初始p H值、共存离子等因素对吸附除砷效果的影响;采用等温吸附模型、吸附动力学模型等手段进行吸附特性研究.实验结果表明,在光催化过程中,·OH和·O_2~-为主要的活性氧化物种.在紫外照射下,As(Ⅲ)能完全被氧化为毒性较低的As(Ⅴ),同时将As(Ⅴ)高效吸附于CeO_2-Fe_3O_4粒子表面.在中性条件下,CeO_2-Fe_3O_4粒子对砷的饱和吸附量为122.19 mg·g~(-1).共存离子Cl~-和SO_4~(2-)对As(Ⅴ)的吸附没有显著影响,而CO_3~(2-)、SiO_3~(2-)和PO_4~(3-)与As(Ⅴ)存在明显的竞争吸附,使As(Ⅴ)的吸附去除效果明显降低.吸附动力学和吸附等温线模拟分别符合准二级动力学方程和Freundlich吸附等温线,表明As(Ⅴ)的吸附以化学吸附为主导.CeO_2-Fe_3O_4复合吸附剂可快速实现固液分离,容易再生且重复利用性较好,具有广泛的应用前景.     

NaClO氧化水中As(Ⅲ)的实验研究

利用氧化剂将水中的As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ),既可提高去除效果,又可降低毒性。文章以NaClO作为氧化剂进行了氧化As(Ⅲ)的相关实验,实验结果表明:pH在4~11的范围内对NaClO氧化As(Ⅲ)的影响不大,As(Ⅲ)的氧化率随着NaClO的投加量和氧化反应时间的增加而增大,其氧化过程更符合一级动力学过程。结论:NaClO氧化As(Ⅲ)迅速,氧化率基本可达到100%,氧化效果明显。     

青岛近海不同天气下生物气溶胶中细菌浓度及存活率分布特征

细菌是大气生物气溶胶中最丰富、分布最广的微生物.利用FA-1撞击式生物采样器连续采集了2020年9月至2021年8月青岛近海大气生物气溶胶分级样品,并利用BacLight^TM试剂染色-荧光显微镜计数方法测定了死/活细菌浓度,分析其浓度与粒径的季节分布特征,并研究了雾、霾和沙尘等特殊天气对细菌浓度及粒径分布的影响.结果表明,采样期间青岛近海生物气溶胶中细菌浓度为(1.06±0.68)×10⁵ cells·m^-3,其中活细菌和死细菌浓度分别为(8.20±4.88)×10³ cells·m^-3和(9.74±6.72)×10⁴ cells·m^-3.细菌浓度分布具有季节差异,死细菌浓度春季、冬季最高,夏季最低;活细菌浓度则变现为春季最高,夏季和秋季较低,冬季最低.生物气溶胶中细菌浓度随月份存在变化,死细菌月均浓度最高值和最低值分别出现在2021年春季3月和夏季6月,而活细菌月均浓度最高值则出现在2021年春季5月,最低值在2020年冬季12月....     

碱改性净水污泥对水中氨氮的吸附效能研究

采用氢氧化钠浸渍法改性净水污泥,研究了碱改性净水污泥对水中NH+4的去除性能.同时,考察了模拟废水pH、吸附剂投加量、NH+4初始浓度、吸附温度及吸附时间对吸附性能的影响.结果表明,当pH为弱酸性或中性,投加碱改性净水污泥20 g·L-1时,在室温下对初始浓度为50 mg·L-1的NH+4模拟废水振荡吸附120 min,可达到氨氮排放二级标准.将实验数据分别用吸附等温模型和动力学模型进行拟合,发现净水污泥对NH+4的吸附符合Langmuir模型和二级动力学模型,且净水污泥对氨氮的吸附包括静电吸引和离子交换两种作用机理.     

亚硝氮在氯及氯胺消毒中形成三氯硝基甲烷的作用研究 ——以色氨酸为例

以溶解有机碳为5 mg·L-1的色氨酸溶液为研究对象,探索氯和氯胺消毒时,不同影响因子对亚硝氮在三氯硝基甲烷(TCNM)形成中的作用,从而识别其关键消毒因子.结果表明:NO-2的加入对TCNM的形成有明显的促进作用.对氯消毒来说,NO-2对TCNM形成的促进作用在酸性条件下(TCNM增量为11.82μg·L-1)比碱性条件下(TCNM增量为2.66μg·L-1)更为明显;而对于氯胺,却在中碱性条件下较为明显(pH=5,6,7,8,9,TCNM的增量分别为0.04、0.11、0.50、0.34、0.27μg·L-1).但不管是氯消毒还是氯胺消毒,NO-2对TCNM形成的促进作用基本随着消毒剂量、反应时间的增加而增加.由极差分析得知,氯、氯胺消毒下影响NO-2对TCNM形成的关键的因子均是pH值.     

生物炭影响抗生素在土壤中环境行为的Meta分析

生物炭作为一种减污降碳相协同的土壤改良剂,在抗生素污染控制方面均有较大应用前景.为了系统研究生物炭施用对抗生素在土壤中环境行为的影响,对2011～2021年发表的20篇文献进行Meta分析.结果表明,抗生素在生物炭改良土壤中的吸附、降解行为受生物炭施用量与性质的显著影响.施用质量分数为2%时,对抗生素吸附行为的影响最强,效应值为0.19;施用质量分数为5%时,对其降解作用影响显著,效应值为0.23;生物炭比表面积、极性、稳定性和芳香化程度对分配系数的增加影响非常显著,分别为0.11、0.13、0.09和0.18;而生物炭施用量和性质对抗生素迁移行为影响并不显著.生物炭还可通过调控土壤环境间接影响抗生素环境行为.但抗生素在土壤中多环境行为耦合对生物炭的响应机制仍不明确,生物炭田间施用的长效性与负面效应仍缺乏基础数据支撑.     

老化对黑碳中吸附态苯酚的脱附及微生物降解的影响

采用松木基黑碳为吸附剂,考察了老化作用对吸附态苯酚的脱附及微生物降解作用的影响.苯酚吸附等温线数据采用非线性Freundlich方程拟合,脱附数据采用三位点脱附模型拟合,微生物降解试验分别在恶臭假单胞菌ATCC 11172的两种菌密度下进行.结果表明,平衡位点、非平衡位点以及不可脱附位点这三种位点在不同老化时间内都存在,其中不可脱附位点上的比例(fnd60.4%)都占绝大部分,并且随着老化时间增加,易脱附位点上的苯酚逐渐往不易脱附的位点转移;通过对连续稀释脱附数据的分析表明,脱附体系中脱附产物的不定期移除(非生物移除)能够极大地促进脱附的进行;老化时间越长,吸附态苯酚的生物可利用性越小,但同一老化时间内两组不同菌密度之间的生物可利用性并无明显的统计学差异;同时发现黑碳中不可脱附位点上的部分苯酚亦能被降解.     

周村水库藻类在混合胁迫条件下的生长衰亡规律

为了探明表层藻类被混合到下层水体中受到环境条件胁迫作用后的生长衰亡规律,并为混合控藻技术提供技术依据,通过实验室模拟和现场实验研究了周村水库藻类在不同水深条件下,受光照、温度、压力等胁迫条件影响后的生长衰亡规律.结果表明,以蓝绿藻为主的周村水库藻类,在光强为32500 lx时生产速率最大,约对应于水库水深1~2 m处;温度在26℃左右比较适合藻类生长;当光照和温度一定时,随着压力的增大,藻类生长受到抑制,压力超过0.2 MPa时,藻类衰亡加速.综合水库不同水深条件下的光照、温度和压力,藻类在2.5 m水深以上净增长,2.5 m水深以下负增长,6 m水深处负增长最大,12 m水深以下负增长减小.     

中国主粮作物生物炭产量效应的Meta分析

为定量评估生物炭对主粮作物产量的影响,收集了公开发表的116篇相关文献,共866对数据,采用Meta分析法定量分析了生物炭对我国主粮作物产量的影响及其影响因子,同时构建结构方程模型(SEM)进一步解释了因子间的交互关系.结果表明,与不施用生物炭相比,生物炭施用后可改善主粮田土壤理化性质,提高主粮作物产量,平均增产率为8.77%.其中,当生物炭pH为7～8时,平均增产率最大,可达26.49%;其C/N<60时,平均增产率为13.73%,显著高于C/N≥60的平均增产率.将生物炭施入酸性或中性土壤中,更能发挥其增产效应.当施炭量为10～20 t·hm^-2时,小麦和玉米的平均增产率最大;施炭量为15～25 t·hm^-2时,水稻平均增产率最大.但是,不同施炭水平的水稻增产率相近,可考虑损失部分产量,适当减施以兼顾经济效益.此外,生物炭增产效应会随施用年限增加而不断减弱,一般3 a后增产不显著.SEM表明生物炭施用量不仅直接影响主粮作物产量,还通过改善土壤肥力间接影响主粮作物产量,而生物炭C/N和pH仅通过改善土壤肥力影响主粮作物产量.因此,今后...     

九寨沟世界自然遗产核心景区钙华景观的研究进展与展望

九寨沟钙华是距今约3万年(特别是1万年)以来逐渐形成的。大规模的钙华沉积是湖泊、滩流、瀑布、泉及台地景观形成的基础,覆盖核心景区2.4 km²的面积。钙华景观是九寨沟遗产地突出普遍价值——"自然美学价值"的核心,是景区的关键吸引力。为九寨沟的持续保护和为未来研究提供支持,本文从钙华沉积物、钙华景观成因、钙华景观变化及其原因、钙华景观保护恢复的角度,总结了公开和未公开发表的研究结果。针对目前钙华景观保护面临的主要问题(钙华退化、藻类生物量增加、沼泽化),本文归纳了相关的自然与人为因素,包括气候变暖、大气沉降、水化学变化、旅游活动、森林采伐、地质灾害等;归纳了地震和滑坡等地质灾害对钙华景观形成与重塑的双重作用;总结了钙华景观保护恢复的管理工作及其成效。本文提出未来可重点研究:(1)气候变化和人为活动背景下多圈层(大气、陆地生态系统、水生生态系统和基岩系统)对水体氮、磷、溶解性有机物、绿藻生物量、钙华沉积与溶蚀的影响机制及程度;(2)2017年九寨沟7.0级地震后,自然与人为干预下钙华微地貌的长期稳定性,水土流失加剧对湖泊透明度、钙华、沼泽化及美学价值的长期影响,地质灾害及其防治对钙华景观的长期效应。     

环渤海典型海域潮间带沉积物中重金属分布特征及污染评价

对环渤海11个采样点潮间带沉积物中重金属含量进行了测定,结果表明:Cu、Cr、Zn、As、Cd、Pb的平均含量分别为14.92,31.73,73.68,11.34,0.448,21.94 mg · kg^-1.与国内典型的河口和海湾比较,Cu、Cr、Zn、As处于相对较低水平,Cd、Pb处于中等水平.重金属表现出相似的空间变化规律,即高值区集中在辽东湾,次高值区在渤海湾,低值区位于莱州湾.相关性分析表明:Cr、Cu、Zn、Cd、Pb可能具有相似的输入源,As的主要来源可能与其它几种金属不同.地累积指数法评价结果显示:Cr、Cu、Zn、As属于清洁级别,Pb处于轻度污染水平,Cd处于偏中度污染.重金属元素污染程度排序为Cd>Pb>Zn>Cu>As>Cr.潜在生态危害指数法评价结果表明:重金属对渤海典型海域生态风险构成的危害程度排序为Cd>Pb>As>Cu>Zn>Cr.Cr、Cu、Zn、As、Pb均为低生态危害等级,Cd以中等生态危害等级为主,局部海域出现强、很强、极强生态危害等级.     

不同农作物秸秆原料制备生物炭特性及重金属浸出行为

采用水稻秆、大豆秆、小麦秆和玉米秆为原料在550℃缺氧条件下制备生物炭,考察不同原料生物炭理化性质及热解后重金属(Cr﹑Ni、 Cu﹑As﹑Cd和Pb)迁移转化特征,及其在不同浸出液中的浸出行为.结果表明,4种原料制备的生物炭的理化特性和元素组成基本一致,其中玉米秆生物炭微孔体积(0.006 cm³·g^-1)和比表面积(110.120 m²·g^-1)低于其他原料生物炭.秸秆热解后重金属(除Cd外)含量增加了14.04%～410.81%,且大部分重金属(除Cd和Pb外)化学形态由不稳定态(弱酸提取态和可还原态)向稳定态(可氧化态和残渣态)转化.制备的生物炭中的重金属在超纯水和缓冲盐溶液中无浸出或浸出量较少,在乙酸溶液和腐殖酸溶液中浸出量较高.其中Cu在乙酸溶液中浸出量较高,为2.601～4.224 mg·kg^-1,As在腐殖酸溶液中浸出量较高,介于0.074～0.166 mg·kg^-1.热解后,各种重金属的环境质量指数(PI_i)和内梅罗...