铬污染土壤的生物化学还原稳定化研究

通过A药剂的小试实验,对Cr(Ⅵ)污染土壤的生物化学还原稳定化进行研究。结果表明:A药剂对Cr(Ⅵ)污染土壤有较好的还原稳定化效果。当药剂投加比从2%增加到10%时,Cr(Ⅵ)还原率从90.2%升高至97.4%;反应体系初始氧化还原电位(ORP)为324.6 mV,反应7 d后,ORP最低下降至-426.2 mV。当药剂投加比大于8%时,反应14 d后体系ORP依然低于-141 mV,说明A药剂能维持较长时间的还原反应环境;反应中,Cr(Ⅵ)的存在一定程度上抑制了NO-3、SO2-4的还原,反应14 d后,NO-3浓度最高下降41.7%,由于A药剂中含有硫酸根,SO2-4浓度最高上升45.8%。     

永寿大骨节病区硒的氧化还原电位及腐殖酸等的影响

以大骨节病病区土壤溶液环境为背景,研究了土壤溶液中E_H[Se(Ⅵ)/Se(Ⅳ)]—pH关系及天然环境中主要的氧化还原剂腐殖酸、MnO_2、Fe~(2+)等对硒氧化还原性质的影响。腐殖酸和Fe~(2+)可提高Se(Ⅵ)/Se(Ⅳ)体系的还原能力,MnO_2对Se(Ⅳ)有一定的氧化作用,而腐殖酸和Fe~(2+)只有在低pH条件下才对Se(Ⅵ)有弱的还原作用。几种含硫化合物还原Se(Ⅵ)的能力依次为:硫代乙醇酸>L-半胱氨酸>硫化物。     

海藻-过渡金属-光三元体系还原转化Se(Ⅵ)研究

以海洋绿藻(Tetraselmis levis,Chlorella autotrophica,Dunaliella salina,Nannochloropsis sp.,Tetraselmis subcordiformis)、硅藻(Phaeodactylum tricornutum)、红藻(Porphyridium purpureum)和过渡金属(铁、锰、铜)构建海藻-光二元体系、过渡金属-光二元体系、海藻-过渡金属-光三元体系,对比分析不同海藻、不同过渡金属、海藻与过渡金属耦合引发光化学过程,对Se(Ⅵ)还原转化的贡献率.二元和三元体系均可光还原转化Se(Ⅵ)为Se(Ⅳ).铁、铜、锰通过自身的光氧化还原过程诱发Se(Ⅵ)/Se(Ⅳ)的氧化还原;海藻的光化学活性首次被证实,表面壁可吸附富集海水中还原性的有机物、Se(Ⅵ)/Se(Ⅳ)和过渡金属,改变其氧化还原电位,提供光反应场所;Se(Ⅵ)的光还原转化率依海藻和过渡金属的种类、浓度不同而异;海藻浓度的提高、海藻与过渡金属的耦合作用有利于光还原转化率的提高.通过三元体系的光还原转化,Se(Ⅵ)/Se(Ⅳ)比值为1.17～2.85,接近海洋真光层Se(Ⅵ)/Se(Ⅳ)实际浓度比,即海藻和过渡金属引发的光化学过程对硒的价态分布起决定性作用.     

生物法修复铬污染土壤的研究

用生物修复技术来处理受铬污染的土壤，利用自然界中微生物，通过生物还原反应，将Cr(Ⅵ)还原成三价铬。先是通过土壤与合铬的培养基一起培养，筛选出5种能还原Cr(Ⅵ)的菌种，鉴定其菌属，并试验用这些菌种处理铬污染土壤的效果。同时还考虑了pH值对处理效果的影响。试验结果表明：筛选出5种菌种可以还原Cr(Ⅵ)；混菌处理效果最好，最高可达到100％；混菌处理污染土壤的适宜pH值范围为6．0—8．0。     

pH、温度对土壤溶液中Cr(Ⅵ)减少速率的影响

本文主要研究了土壤溶液中Cr(Ⅵ)的减少速率与pH、温度等因子的关系。结果表明:土壤溶液中Cr(Ⅵ)减少动力学过程可以分为二个步骤,第一步为快速反应,它主要由吸附反应所控制;第二步为慢速反应,主要由Cr(Ⅵ)还原反应所控制。慢反应速率常数k_2值和土壤有机质含量显著相关。随着体系中pH值的升高,k_1、k_2值明显减少。温度对土壤溶液中Cr(Ⅵ)减少速率的影响主要取决于温度对土壤吸附Cr(Ⅵ)反应和Cr(Ⅵ)还原反应的消长情况。     

不同氧化还原电位条件下稻田土壤中15N标记硝态氮的反硝化作用

 氧化还原状况是影响土壤中反硝化作用的主要环境因子之一通过不同氧化还原条件下¹⁵N标记硝态氮反硝化作用的培养试验，结合¹⁵N气态损失的直接测定方法．研究了反硝化作用发生的氧化还原条件，可为进一步阐明稻田土壤中硝化－反硝化作用氮素损失发生机制提供直接依据．结果表明，氧化和还原条件下均能进行硝态氮的反硝化作用；在4周的培养试验期间，直接测得的氧化（Eh₇－290－330mV）和还原（Eh₇－114－42mV）条件下的¹⁵N气态损失分别占加入量的60.23±8.04％和83.89±4.79％．但是，氧化条件下反硝化作用速率明显减缓，外加的硝态氮的半衰期延长，显示了溶解O₂对反硝化作用的抑制作用对反硝化作用进程的模型研究表明速率常数及相应的半衰期作为土壤反硝化作用潜在能力的衡量指标可能优于传统的土壤反硝化势表征方法（反硝化作用百分率），而¹⁵N示踪－质谱计法直接测定与模型研究相结合则有可能对土壤及其他环境中的反硝化作用作出更恰当的评价．     

环境条件变化对土壤中稀土元素溶解释放的影响

以模拟污染红壤为实验材料,在pH值为3.5、5.5和7.5条件下,通过向土壤悬浊液中通入O2或N2改变氧化还原电位Eh为－100,0和400mV,研究了氧化还原电位和pH值对红壤中稀土元素La和Ce溶解释放的影响．结果表明,随着pH值或Eh的减小,La和Ce释放量逐渐增大,Ce受电位的影响较La更为明显．同时还观察到La和Ce的释放量与Fe、Mn的释放量呈显著正相关,表明La和Ce可能主要吸附在Fe－Mn氧化物表面或滞留在Fe－Mn氧化物中．实验还发现,pH值和氧化还原电位的改变会影响红壤中La和Ce形态的变化,分离后沉淀物中的交换态和Fe－Mn氧化物结合态稀土随pH值或氧化还原电位的减小而减小．多元相关逐步回归分析表明．红壤中La和Ce两种元素的释放主要来自交换态和Pe－Mn氧化物结合态．     

MOF-Fe吸附Se(Ⅳ)的特性与机制研究

水热法合成了MOF-Fe样品,研究了不同pH条件下MOF-Fe对亚硒酸根(Se(Ⅳ))的等温吸附和动力学吸附特性;基于吸附前后样品悬浮液的pH和Zeta电位、粉末样品的衰减漫反射红外光谱(ATR-IR)和X-射线光电子能谱(XPS),分析了MOF-Fe对Se(Ⅳ)的吸附机制.当吸附体系的初始pH分别为3.0、4.0和5.0时,样品对Se(Ⅳ)的Langmuir最大吸附容量(Qm)分别为0.690、0.534和0.538 mmol·g-1,3种pH条件下的吸附亲和力(b)表现为pH 3.0pH 4.0pH 5.0.3种pH条件下,样品对Se(Ⅳ)的吸附都在20 min内趋于饱和,二级动力学方程对吸附动力学数据的拟合度(R2)均大于0.999,MOF-Fe吸附Se(Ⅳ)的内扩散过程可用Weber-Morris方程描述.当吸附体系初始pH为3.0时,MOF-Fe与Se(Ⅳ)之间的吸附作用机制主要为:配位不饱和Fe与H_2SeO_3之间的配位作用、脱羟基后的活性Fe与[O_2SeOH]~-的键合作用及单齿羧羰基氧与Se(Ⅳ)之间的氢键作用.当吸附体系初始pH为5.0时,MOF-Fe与Se(Ⅳ)之间的吸附作用机制主要为:Fe—OH与[O_2SeOH]~-的阴离子交换作用,[SeO_3]~(2-)破坏了桥式羧羟基Fe—O键并与Fe—OH发生阴离子交换作用形成双齿吸附态Se(Ⅳ)以及单齿羧羰基氧与Se(Ⅳ)之间的氢键作用.     

土壤硒的生物有效性研究

对黑麦幼苗的试验表明,黑麦幼苗中的总硒(Se)浓度与总干重的乘积与0.1mol/L KH2PO4浸提态Se呈显著相关.对黑油菜的试验表明,在酸性土壤上,当Se(Ⅵ)的量≥0.5mg/kg时,可显著减少黑油菜的产量;而当Se(Ⅳ)的量达到2.0mg/kg时对产量影响不大;黑油菜吸收Se(Ⅵ)的量要大于吸收Se(Ⅳ)的量.通过田间采样分析表明,KH2PO4浸提态Se能反映土壤对植物的供Se状况,推荐用0.1mol/L KH2PO4溶液作为酸性土壤生物有效性Se的浸提溶液.影响土壤Se生物有效性的主要因子是CaCO3,其次是粉粒、有机质、黏粒含量.pH值可通过CaCO3对KH2PO4浸提态Se产生影响.     

不同氧化还原电位条件下稻田土壤中15N标记硝态氮的反硝化作用

氧化还原状况是影响土壤中反硝化作用的主要环境因子之一通过不同氧化还原条件下１５Ｎ标记硝态氮反硝化作用的培养试验，结合１５Ｎ气态损失的直接测定方法．研究了反硝化作用发生的氧化还原条件，可为进一步阐明稻田土壤中硝化－反硝化作用氮素损失发生机制提供直接依据．结果表明，氧化和还原条件下均能进行硝态氮的反硝化作用；在４周的培养试验期间，直接测得的氧化（Ｅｈ－２９０－３３０ｍＶ）和还原（Ｅｈ－１１４－４２ｍＶ）条件下的１５Ｎ气态损失分别占加入量的６０．２３±８．０４％和８３．８９±４．７９％．但是，氧化条件下反硝化作用速率明显减缓，外加的硝态氮的半衰期延长，显示了溶解Ｑ２对反硝化作用的抑制作用对反硝化作用进程的模型研究表明速率常数及相应的半衰期作为土壤反硝化作用潜在能力的衡量指标可能优于传统的土壤反硝化势表征方法（反硝化作用百分率），而１５Ｎ示踪－质谱计法直接测定与模型研究相结合则有可能对土壤及其他环境中的反硝化作用作出更恰当的评价．     

尿液中不同价态硒的吸附溶出伏安法测定

本文研究了在二溴代苤硒脑生成条件下Se(-Ⅱ、0)、Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)等不同价态硒的稳定性及其转化条件,确定了用二溴代苤硒脑体系的吸附溶出伏安法测定尿液中不同价态硒的方法.结果表明,在1.5mol/L HCl介质中,Se(Ⅳ)与二溴代邻苯二胺定量生成苤硒脑,可用吸附溶出伏安法直接测定Se(Ⅳ).HNO_3-HClO_4消化样品时,Se(-Ⅱ、0)定量转化为Se(Ⅳ),此时Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)价态稳定.而HNO_3-HClO_4消化样品后用3mol/L HCl将Se(Ⅵ)还原为Se(Ⅳ)后可测得总硒.故利用不同的样品处理方法所得结果差减后,测定Se(-Ⅱ、0)、Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)含量.本文方法用于尿液样品分析,尿液中硒的主要价态为以Se(-Ⅱ)形式存在的有机硒,无机态Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)的含量甚微.     

水分控制下的湿地沉积物氧化还原电位及其对有机碳矿化的影响

为探讨水分与氧化还原电位之间的内在关系及其对沼泽湿地有机碳分解矿化的影响,采用室内培养(25℃,155 d)实验研究了不同水分条件(24%~232%WHC)下三江平原3类湿地(泥炭沼泽、腐殖质沼泽和沼泽化草甸)沉积物氧化还原电位(Eh)变化以及有机碳的矿化特征.结果表明,不同水分条件对湿地沉积物氧化还原电位的影响有较大差异,在低于100%WHC(最大持水量)水分范围时,氧化还原电位随着水分的增加而降低,>100%WHC(至积水2 cm)时,水分含量变化对泥炭沼泽和腐殖质沼泽沉积物氧化还原电位影响作用降低.泥炭沼泽、腐殖质沼泽和沼泽化草甸沉积物有机碳矿化最适宜水分含量存在较大差异,分别为32%、48%和76%~100%WHC.湿地沉积物有机碳矿化速率与氧化还原电位之间存在二次函数关系(p<0.05),在还原态下(Eh值<300 mV),有机碳矿化速率和矿化量随氧化还原电位的升高而升高,在氧化态(Eh值>300 mV)下则逐渐降低.较低的氧化还原电位是三江平原湿地有机碳得以积累的重要原因.     

氧化还原电位交替变化-淋洗去除滩涂中重金属

利用水槽模拟户外农田实验,通过调控土壤淹水时间来控制土壤的氧化还原电位。研究土壤氧化还原电位的变化,然后通过淋洗对去除土壤中Cd、Cr、Pb、Cu、Zn等重金属的影响。实验设有2个处理,每个处理有2个阶段,所要达到的目标氧还原电位是处理1:-50 mV、-100 mV,处理2:-100 mV、-200 mV。结果表明,在不同的氧化还原电位下,经过淋洗土壤中的重金属的去除率不一样,以Cd、Cr的去除效果最佳,处理1淋洗去除率达到34.94%、19.56%;处理2达到56.49%、39.17%,整体上处理2的去除效果比处理1好,说明随着土壤氧化还原电位的降低,淋洗去除土壤重金属效果呈递增趋势。     

Al(Ⅲ)对糖浆溶液中有机还原物质还原六价铬的影响

通过批实验研究了Al(Ⅲ)对糖浆溶液化学还原六价铬反应的影响,揭示了不同条件下Al(Ⅲ)对六价铬还原反应动力学的影响.结果表明:Al(Ⅲ)能够促进糖浆溶液还原六价铬反应进行;其作用机制是Al(Ⅲ)与糖浆溶液中有机还原物质及Cr(Ⅵ)反应形成三者的络合物,降低糖浆中多酚等有机还原物质还原Cr(Ⅵ)的反应活化能,提高六价铬还原反应速率.Al(Ⅲ)存在时,该六价铬还原反应符合准一级动力学反应;pH 2.0,2.5,3.0,3.5时,添加Al(Ⅲ)的实验组中六价铬反应速率常数比对应的空白对照组中反应速率常数分别增加了0.0251,0.0139,0.0058,0.0048h~(-1).添加Al(Ⅲ)前后反应体系中六价铬还原的反应活化能(Ea)分别为66.38,62.80kJ/mol.当糖浆浓度不足时,Al(Ⅲ)能够提高糖浆溶液还原六价铬的反应去除率.     

天然水中Cr(Ⅵ)与硫化物的氧化还原反应环境动力学的研究

本文模拟研究了地表水及土壤水介质中Cr(Ⅵ)在硫系统作用下的氧化还原反应动力学.在通常的pH及夏、秋温度和厌氧还原条件下进行动力学实验,采用了流动注射技术分析测定.初步确定了在一定的温度及pH条件下,当Cr(Ⅵ)与硫化物浓度相近时,二者之间的氧化还原反应为二级反应,其反应速率与Cr(Ⅵ)及总硫化物浓度的一次方乘积成正比.其速率常数随温度升高而增大,随pH升高却产生较为复杂的变化,总的说来,在pH5.5—7.0范围内速率常数较大.而在pH>7时反应很慢,近于停止了.当硫化物浓度远大于Cr(Ⅵ)时,二者之间的反应为准一级反应,Cr(Ⅵ)的还原速率与Cr(Ⅵ)浓度的一次方成正比,其反应速率常数随温度升高而增大,在pH5.0—7.8范围内速率常数随pH升高而逐渐减小.     

中国几种土壤中的有机态硒及其分布特征

采用0.1mol/L NaOH-0.1mol/L Na_4P_2O_7浸提,活性碳分离技术研究了中国湿润半湿润地区几种土壤中有机态硒的化学特征.供试土壤有机态硒占全硒含量的百分数变幅为3.46％—59.86％,平均28.42％.影响有机硒含量的主要因素有全硒含量(r=0.8033)、有机碳含量(r=0.6618)、土壤交换性酸(r=0.6136)和pH(r=-0.5248)。土壤有机质的C/Se为0.58×10~6-42.93×10~6,平均为6.38×10~6.低硒环境土壤有机质的C/Se显著高于正常硒含量土壤.以平均计,胡敏酸结合态硒约占有机态硒的34％,富啡酸结合态硒占66％.缺硒土壤有机态硒中,胡敏酸结合态硒的比例一般都较高.     

FeS纳米颗粒修复镉铅铬污染土壤的试验研究

文章利用FeS纳米颗粒对人工配制的高、中、低3种水平的镉铅铬复合污染土壤进行修复,并对氧气和FeS纳米颗粒投加量等关键因素对土壤修复过程的影响进行了探究.结果 表明:氧气对稳定化过程影响不大;对于低浓度污染土壤,土壤中Cr(Ⅵ)含量和浸出液中Cd、Pb、Cr(Ⅵ)、总Cr浓度一般可达标,可不进行处理;对于中浓度污染土壤,当FeS与(Cd+Pb+Cr(Ⅵ))的摩尔比为2:1时,可将土壤中Cr(Ⅵ)含量可降低至标准值以下,但浸出液中的Pb无法得到较好的稳定化,按PO43-与Pb的摩尔比为8∶1复合投加磷酸盐后,浸出液中Cd、Pb、Cr(Ⅵ)、总Cr浓度均可降至标准值以下;对于高浓度污染土壤,当FeS与(Cd+Pb+Cr(Ⅵ))的摩尔比在2∶1及以下时,FeS对土壤中的Cr(Ⅵ)的还原效果存在波动,达标存在难度,与磷酸盐复合投加可有效稳定高浓度污染土壤浸出液中的Cd、Pb、Cr(Ⅵ)和总Cr.经FeS NPs和磷酸盐稳定化处理后,土壤中生成了Pb3(PO4)2、CdS、PbS、Cr(OH)3、[Cr,Fe](OH)3和Fe3(PO4)2等沉淀物,3种重金属形态由可交换态等形态向稳定性较高的残渣态转化,释放迁移到环境的可能性减小,对环境的风险降低.修复后的土壤pH呈弱碱性,利于土壤中Cr(Ⅲ)、Cd和Pb的长期稳定;有机质含量和阳离子交换容量升高;氧化还原电位降低,体系保持还原环境,可有效防止Cr(Ⅵ)的再次氧化.     

三种小分子对光电子还原铀的影响及机理研究

光电子具有较强的还原性,但在溶液中其还原性受到多种因素的影响。该研究通过在反应体系中添加不同的有机小分子并利用循环伏安(CV)、电化学交流阻抗(EIS)、恒电位I-t曲线和红外光谱(FTIR)等方法考察小分子对光电子还原铀的影响及其作用机理。结果表明:CV分析证实在半导体矿物-U(Ⅵ)体系中U(Ⅵ)经历两步单电子还原为U(Ⅳ),扩散系数D_(Ⅵ)=1.9×10~(-8)cm~2/s。加入Na_3C_6H_5O_7、CH_3COONa、C_2H_5OH 3种小分子后溶液体系具有更高的电活性;随着小分子浓度不断增加,电子转移的能力先升高后降低;体系存在最优条件,即U(Ⅵ)与小分子的摩尔浓度为1∶1时,电子转移能力最强。相较于半导体矿物-U(Ⅵ)体系,3种小分子加入后其还原率分别提高了27.4%、16.4%、14.6%。EIS表明加入小分子的溶液体系具有更低的传荷内阻,更有利于电子的快速传递;I-t曲线证实还原过程中添加小分子可以加快U(Ⅵ)还原反应动力学速度;FTIR表明作用后603.34 cm~(-1)处有一U(Ⅳ)的较强吸收峰,表明光电子可将U(Ⅵ)还原成低价铀。研究结果表明通过加入合适的小分子可提高光电子对铀的还原效率。     

零价铁-氧化剂联合降解土壤中硝基氯苯及土壤性质变化

硝基氯苯是重要的化工原料和中间体,其在土壤中的不断积累对生态环境和人体健康构成了严重威胁.高级氧化修复技术可以将有机污染物直接或间接矿化为CO_2和H_2O,从而成为近年来研究的重点.本文针对南京某化工厂搬迁遗留的硝基氯苯污染的场地土壤,研究了零价铁还原与氧化剂氧化的联合体系对硝基氯苯的降解率,并对反应过程的中间产物和动力学进行了分析,研究了降解后土壤性质的变化.结果表明,当采用KMnO_4、Fenton试剂、30%H_2O_2和Na_2S_2O_44种氧化剂直接氧化时,土壤中硝基氯苯的降解率分别为75.0%、62.9%、58.1%和41.5%;经零价铁还原1 h后,再施加氧化剂氧化处理,硝基氯苯降解率大幅提高,分别达到91.5%、88.5%、87.4%和70.4%.零价铁还原体系中间产物氯代苯胺浓度4 h时达到最大,施加氧化剂后迅速下降,4 h后下降至最低并维持较稳定水平;硝基氯苯氧化反应在单一氧化剂反应体系符合一级动力学方程,但在零价铁与氧化剂联合反应体系符合二级动力学方程;降解后的土壤性质有较大变化,CEC、TOC和土壤养分显著下降,Eh和EC显著增加,土壤pH除施加Na2S2O4下降显著外,施加KMnO_4、Fenton试剂、30%H_2O_2时下降较小,但同时添加零价铁土壤pH下降显著;土壤全N、全P、全K变化不显著,这些可为修复后土壤的再利用提供数据参考.     

硫素对氧化还原条件下水稻土氧化铁和砷形态影响

通过充N2和充O2的氧化还原反应装置,在添加外源砷污染的水稻土中,施用不同形态的无机硫(不施硫S0,单质硫S1和硫酸盐S2),模拟水稻田的氧化还原状况.结果表明,通N2时,土壤溶液氧化还原电位(Eh)在-100~-200 mV之间,溶液pH在7.0~8.0之间,pe+pH为4~7之间;通O2时,溶液Eh在200mV左右,溶液pH在6.5~7.5之间,pe+pH为9~12之间.无论通N2还是通O2,土壤溶出铁的浓度在1.2~1.6 mg·L-1,均有处理S0>S1>S2和AsS0>AsS1>AsS2.在通N2时,各处理HCl提取土壤氧化铁的含量比原土[(21.4±0.3)g·kg-1]低5 g·kg-1,有利于结晶态氧化铁向无定形氧化铁转化和形成Fe2+,无定形氧化铁活化度比原土活化度46.8%有所增加,且处理AsS2(49.4%)AsS2(36.1%).通N2时,土壤溶液中砷浓度变化为AsS0[(1.13±0.04)mg·L-1]>AsS1[(0.89±0.01)mg·L-1]>AsS2[(0.77±0.04)mg·L-1];通O2时,土壤溶液中砷浓度变化AsS1[(0.77±0.01)mg·L-1]>AsS0[(0.20±0.09)mg·L-1]>AsS2[(0.09±0.01)mg·L-1].通N2时,不同处理各形态砷占总砷比例变化为残渣态(34.9%~41.4%)≈专性吸附态(37.4%~39.5%)>晶态铁锰结合态(23.3%~25.6%)>非专性吸附态(2.4%~3.3%)>无定形铁锰结合态(0.5%~0.8%).通O2时,各处理形态砷占总砷比例变化为残渣态(30.8%~39.3%)≈专性吸附态(30.3%~34.7%)>晶态铁锰结合态(26.0%~28.7%)>无定形铁锰结合态(9.3%~10.7%)>非专性吸附态(0.5%~1.6%),其中,无定形铁锰氧化物结合态砷比通N2时提高了约9%,也就是无定形铁锰的老化作用对砷形态转化的影响.这表明还原条件能够使氧化铁的活化度升高,砷的移动性增强,但硫酸盐体系降低氧化铁的活化度,单质硫体系的砷移动性要大于硫酸盐体系的砷移动性.