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.     

PE微塑料对土壤吸附镉的影响及机理研究

微塑料影响土壤对重金属的吸附,改变重金属在土壤中的迁移转化。该文采用批量实验研究了3种粒径(13、48、150μm)聚乙烯微塑料(PE-MPs)存在时土壤对Cd的吸附解吸行为,同时借助扫描电子显微镜-X射线能谱、X射线衍射、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱等测试方法探究了相关机理。结果表明,PE-MPs对土壤吸附Cd²⁺的影响表现为：抑制Cd²⁺的吸附,促进Cd²⁺的解吸,且当PE-MPs剂量较高或粒径较大时,这种影响更明显。无论是否存在PE-MPs,土壤对Cd²⁺的吸附过程均更符合准二级动力学和Freundlich模型,说明其过程均为受化学吸附控制的多层吸附。土壤对Cd²⁺的吸附机制主要为表面络合和沉淀作用,PE-MPs能覆盖土壤表面的活性位点,干扰Cd²⁺与土壤中含氧官能团相互作用,进而减弱土壤对Cd²⁺的化学吸附。PE-MPs能增强土壤中Cd的流动性,增加Cd对土壤生态系统污染的风险。     

粉煤灰基介孔铝取代托贝莫来石去除水中Cd2+

以粉煤灰(FA)为原料水热合成了不同铝硅物质的量比(Al/Si)的介孔铝取代托贝莫来石(TFA).采用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、场发射环境扫描电子显微镜(SEM)、比表面孔径分析仪和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对FA及制备的TFA的理化性质进行表征.结果表明,TFA1(Al/Si=0.4)的比表面积、孔隙体积和平均孔径分别为74.30m²/g、0.4495cm³/g和24.20nm,TFA2(Al/Si=0.1)的分别为99.48m²/g、0.5218cm³/g和20.98nm,均远高于FA的1.77m²/g、0.004338cm³/g和9.79nm.FA、TFA1和TFA2对Cd²⁺的吸附动力学数据更加符合伪二级动力学模型.Langmuir等温线模型可以更好地描述Cd²⁺的吸附等温线,TFA1对Cd²⁺的饱和吸附量为205.76mg/g,远高于FA和TFA2的...     

酸性紫色水稻土颗粒有机质对镉的吸附特性

采集典型的酸性紫色水稻土（APPS）,从中分离出颗粒有机质（POM）,通过批量试验研究POM及其来源土壤Cd²⁺的吸附动力学、等温吸附和热力学特征,通过扫描电镜-能谱仪、傅里叶红外光谱仪等手段及吸附前后镉的形态变化的测定,研究了POM对Cd²⁺的吸附机制.结果表明：POM对Cd²⁺的亲和力远高于其来源土壤.POM及土壤对Cd²⁺的吸附动力学最优模型均为准二级动力学.Langmuir、Freundlich方程均能较好地描述其等温吸附特征,其中对POM,以Freundlich方程更优,表明POM对Cd²⁺的吸附属于多分子层的非均质吸附.吸附热力学参数△G^θ均小于0、△H^θ和△S^θ均大于0,表明吸附属于自发吸热过程.根据△H^θ值及解吸试验判定POM对Cd²⁺的吸附以化学吸附为主,土壤对Cd²⁺的吸附过程以物理吸附为主.吸附平衡后,土壤中可交换态镉比例提高,而POM中交换态和络合态镉比例增加.综上及吸附前后POM的表征结果说明,POM对Cd²⁺的吸附机制包括含氧官能团的络合、离子交换、阳离子-π键、沉淀作用和静电吸附.     

酸热活化对海泡石吸附水溶液中Cd的影响机制

为增加SP（海泡石）的比表面积并提高其对水溶液中Cd的去除效率,采用HCl对SP进行酸热活化,探索制备HHSP（酸热活化海泡石）最佳的c（HCl）、酸改性时间和热活化温度,并比较SP和HHSP对Cd的吸附动力学和等温吸附特征,通过对吸附前后的SP和HHSP进行SEM-EDS（扫描电镜）、XRD（X射线衍射）和XPS（X射线光电子能谱）分析,以阐明HHSP吸附Cd的微观反应机理.结果表明:0.9 mol/L的HCl改性24 h后,500℃下热活化1 h制备的HHSP吸附性能最佳.准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型均能够很好地描述SP和HHSP对Cd的吸附特征.SP和HHSP对初始质量浓度为50 mg/L的溶液中Cd的去除率在2 h内分别达73.13%和85.96%,在24 h内达到吸附平衡.HHSP的最大饱和吸附量（q_max）为22.147 mg/g,比SP（4.200 mg/g）增加了4.23倍.酸热处理降低了SP的pH和pHpzc（零电荷点）,表明在SP表面吸附活性中心增多.SEM-EDS显示,酸热活化未改变SP的纤维状结构,Cd吸附量由SP的1.57%增至HHSP的2.13%.XPS分析表明,SP和HHSP对Cd的吸附作用包括了表面羟基（-OH）络合作用以及产生CdCO₃、CdCl₂、CdO和Cd（OH）₂沉淀.XRD分析表明,酸改性通过清除SP的CaCO₃成分,比表面积增加,从而增加了HHSP对Cd的吸附量.研究显示,酸热活化可增加HHSP对Cd的吸附效能,为利用HHSP有效控制稻田土壤Cd生物有效性提供了有益途径.      

硅改性生物炭吸附水中Cd(Ⅱ)机理的量化分析

以纳米二氧化硅为硅源制备硅改性生物炭,利用吸附动力学、吸附等温线及SEM-EDS、XRD、FTIR、XPS等表征研究硅改性生物炭对水中Cd(Ⅱ)的吸附机理,并定量分析各种吸附机制的贡献率.结果表明,当添加SiO₂质量比为0.5%时制备的生物炭(0.5SiBC)吸附Cd(Ⅱ)效果最佳,最大吸附量为132.64 mg·g^-1,是未改性生物炭(BC)的1.56倍;0.5SiBC对Cd(Ⅱ)吸附过程符合拟二级动力学和Freundlich模型,其吸附过程属于化学吸附;XRD、FTIR和XPS等结果表明,0.5SiBC吸附Cd(Ⅱ)的机理主要有矿物质沉淀、离子交换作用和络合作用,各种机理贡献率依次为：矿物质沉淀(46.61%)>离子交换(33.79%)>其他机理(18.36%)>络合作用(1.24%);0.5SiBC对Cd(Ⅱ)的离子交换和矿物质沉淀量比BC分别提高133.80%和41.46%,硅改性主要通过提高生物炭的离子交换和矿物质沉淀能力来提高吸附Cd(Ⅱ)的能力.研究表明,硅改性生物炭作为去除水溶液中Cd(Ⅱ)的吸附剂具有较好的...     

生物炭固定耐镉菌群对Cd2+的吸附及作用机制

从广西某硫化尾矿中分离出一耐镉菌群,将其固定在生物炭上制成固定化菌剂.同时,探究了生物炭种类、添加量、溶液pH、Cd²⁺初始浓度对固定化菌剂吸附Cd²⁺性能的影响,并结合吸附动力学、吸附等温线、16S rDNA、SEM、FTIR、XPS等分析测试手段研究了固定化菌剂对Cd²⁺的吸附过程和作用机制.结果表明,竹生物炭制备的固定化菌剂(ZBCM)对Cd²⁺的吸附效果最佳,在Cd²⁺浓度为20 mg·L^-1、pH=6、生物炭投加量为3 g·L^-1的条件下,ZBCM对Cd²⁺的吸附率达89.49%,较生物炭和单菌群的吸附率分别提高了54.6%和53.51%.从属水平上看,菌群主要由梭状芽孢杆菌、毛梭菌和产己酸菌构成,ZBCM吸附Cd²⁺后优势菌变为副梭菌、毛梭菌和贪铜菌,贪铜菌丰度的增长增强了ZBCM对Cd²⁺的络合和生物积累作用.ZBCM对Cd²⁺的吸附...     

生物炭固定化硫酸盐还原菌对镉污染土壤的钝化修复

为了探讨生物炭固定化硫酸盐还原菌对镉(Cd²⁺)污染土壤的钝化修复效果,以制备的小麦秸秆生物炭为载体固定硫酸盐还原菌,研究不同修复剂生物炭(XM700)、硫酸盐还原菌(SRB15-3-2)和生物炭固定化硫酸盐还原菌(IBXM700)对Cd²⁺污染土壤的钝化修复效果.结果表明,与XM700组和SRB15-3-2组相比,IBXM700组的修复效果最好(p<0.05),不同Cd²⁺浓度污染土壤修复45 d后,与CK组对比,IBXM700组Cd可交换态含量显著降低了31.26%,残渣态含量提高了91.20%;同时,IBXM700组土壤pH值提升0.37,速效磷、速效钾含量分别提升了37.86%、57.29%,土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别提升了50.22%、52.45%、11.61%和28.03%.研究表明,IBXM700能够有效钝化修复Cd污染土壤,提升土壤肥力,在土壤修复领域具有很大潜力.     

改性褐铁矿对砷吸附的强化机制和效果研究

为了提高褐铁矿对砷的吸附能力,分别采用球磨和煅烧的方式对褐铁矿进行改性处理.使用氮气吸脱附法、X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等方法对改性材料进行表征,探究其去除水体中As(Ⅴ)的吸附机理及对土壤砷的稳定化效果.结果表明,两种改性方法制备的材料对As(Ⅴ)的吸附过程均符合...     

7种改性水稻秸秆对溶液中Cd2+的吸附

为实现废弃水稻秸秆资源化利用及其治理水环境中Cd²⁺的污染问题,用KMnO₄、KOH、H₂O₂、KOH+H₂O₂、酒石酸、柠檬酸、TiO₂对水稻秸秆进行改性,制成不同的水稻秸秆吸附剂来吸附溶液中的Cd²⁺,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪和Zeta电位仪对改性前后的水稻秸秆进行表征分析,吸附过程采用准一级动力学方程、修正一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内扩散模型进行拟合.结果表明：在Cd²⁺初始浓度100mg/L,pH7,水稻秸秆添加量为10g/L,25℃条件下,7种改性水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果不同,其中经KMnO₄改性的水稻秸秆对Cd²⁺的吸附效果最好,吸附量达10.024mg/g,对Cd²⁺的去除率达到99.24%,比未改性水稻秸秆提高了99.44%,其次是KOH和KOH+H₂O₂改性处理的水稻秸秆,吸附量分别达到了9.302和9.189mg/g,对Cd²⁺的去除率分别达92.62%和90.82%,比未改性水稻秸秆分别提高了85.07%和82.83%.改性处理水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果顺序为：KMnO₄ > KOH > KOH+H₂O₂ > TiO₂ > H₂O₂ > 柠檬酸 > 酒石酸.对于Cd²⁺的吸附过程,准一级速率方程只能较好地描述吸附初始阶段,准二级动力学方程则能很好地描述吸附的整个过程.经KMnO₄,KOH和KOH+H₂O₂改性的水稻秸秆是具有潜在利用价值的废水中Cd²⁺吸附剂.     

基于微分代数方法的生物除磷模型参数结构可识别性研究

通过将微分代数方法应用于异养菌生长Monod模型和生物除磷亚模型参数结构可识别性研究,探讨了该方法的适用性.结果表明,本研究提出的算法计算过程清晰、系统化,可以实现计算机编程自动运算;在文献中方法很难进行生物除磷亚模型参数结构可识别性研究时,采用本算法也能得出结果.本研究为活性污泥模型参数结构可识别性研究提供新的方法,并对除磷过程参数估计优化实验的设计有重要的指导意义.     

十二烷基磺酸钠(SDS)改性蒙脱石对Cu~(2+)、Cd~(2+)的吸附研究

以阴离子表面活性剂(十二烷基磺酸钠,SDS)为改性剂制备了有机蒙脱石,研究其对Cu2+、Cd2+的吸附行为,并用XRD、FTIR、SEM、XPS对有机蒙脱石进行表征.实验结果表明,有机蒙脱石对Cu2+、Cd2+的吸附基本上在20min内达到平衡,并随pH增大(1.0～7.0),吸附量增加,最佳pH约为6.0.有机蒙脱石对Cu2+、Cd2+的吸附等温线更符合Langmuir等温吸附方程,SDS改性蒙脱石对Cu2+、Cd2+的最大吸附量较纯蒙脱石分别增加15.7%、15.5%.XRD、FTIR、SEM、XPS及碳含量分析结果显示,SDS主要分布在蒙脱石表面且相对稳定,少量嵌入层间,有机蒙脱石对Cu2+、Cd2+的吸附机制为配位吸附和离子交换.     

新型杂化材料钝化修复镉铅复合污染土壤的效应与机制研究

采用盆栽实验,研究了新型杂化材料及其与磷酸盐复配使用对镉铅复合污染土壤的钝化修复效果,并通过重金属形态分析、吸附平衡实验以及X射线光电子能谱(XPS)探讨了杂化材料钝化修复重金属污染土壤的机制.结果表明,杂化材料单一处理对油菜生长没有明显的促进作用,而杂化材料与磷酸盐复合处理则能显著提高油菜地上部和根部生物量,分别比对...     

水铝钙石对不同镉污染农田重金属的钝化效果及机制

水铝钙石(Ca-Al-LDHs)是一种新型的层状复合金属氢氧化物,具有较大的比表面积、良好的阴离子交换性能和高稳定性的优点.本研究选择高Cd污染农田、中Cd污染农田和低Cd污染农田3种不同Cd污染水平的自然农田土壤作为研究对象.通过室内钝化实验,探讨水铝钙石对3种Cd污染农田土壤Cd、Pb、Zn有效态的变化规律以及形态转换的影响,进一步采用X射线衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)初步探讨其钝化机制.结果表明,在高中低这3种Cd污染土壤中,水铝钙石均能够增加土壤pH,降低Cd、Pb和Zn的有效态含量,其中Cd有效态含量最大降幅分别为97. 7%、96. 3%和91. 8%.水铝钙石促使高Cd污染土壤中Cd、Pb和Zn的可交换态转化成活性低的碳酸盐结合态、铁锰氧化态和残渣态,高Cd污染土壤的钝化效果优于中低污染土壤.水铝钙石的吸附作用、层间离子交换作用以及表面羟基和羧基等活性官能团的配位反应,在很大程度上降低了土壤重金属的生物有效性.因此,水铝钙石可有效应用于Cd、Pb、Zn等重金属污染农田的钝化修复.     

水钠锰矿对几种重金属离子的吸附及其与锰氧化度和吸附位点的关系

矿物表面的吸附位点类型与数量决定了其对重金属离子的吸附特性,但氧化锰矿物的结构变化对表面位点,以及吸附特性的影响并不清楚.本研究通过X-射线衍射（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）、等温吸附等技术和方法对比分析了不同锰氧化度（AOS）酸性水钠锰矿对Pb2＋、Cu2＋、Zn2＋、Cd2＋的吸附特点,并探讨了水钠锰矿锰...     

白腐菌联合纳米零价铁强化去除水中Cd(II)

采用白腐菌和纳米零价铁(nZVI)联合体系强化去除水中Cd (II),并考察pH值、Cd (II)初始浓度、温度、nZVI投加量对Cd (II)去除的影响,分析nZVI对白腐菌胞内外富集镉的影响特性,同时结合扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱、三维荧光光谱等手段分析联合体系对Cd (II)的强化去除机制.结果表明,在pH=6,Cd (II)初始浓度为50mg/L,温度为30℃,nZVI投加量为0.1g/L的条件下反应180min后,Cd (II)的去除率可达到99.5%以上.联合体系对Cd (II)的去除过程符合准二级动力学,主要去除机制为白腐菌对Cd (II)的胞外络合吸附,添加nZVI能促进白腐菌对Cd (II)的胞外吸附,FTIR和XPS分析表明,羟基、羧基和氨基参与了Cd (II)的吸附,白腐菌胞外聚合物(EPS)能与铁发生内层配位形成P-O-Fe键,加速富含羟基官能团的纤铁矿、磁铁矿等铁矿物形成,从而促进对溶液中Cd (II)的吸附去除.     

天然和热活化蛏子壳粉对污染土壤中Cd赋存形态的影响

为实现对Cd污染农田土壤的安全利用,通过室内培养试验,阐明天然蛏子壳粉、600℃热活化蛏子壳粉和800℃热活化蛏子壳粉在不同添加比例下对外源污染棕壤土中Cd赋存形态随时间变化的影响.结果表明,土壤pH随蛏子壳粉添加量的增加而增加,且不同蛏子壳粉在同一添加比例下随培养时间延长呈平稳下降趋势,但都明显高于对照.在整个培养期间,可交换态Cd呈现先升高后降低的趋势,同时各处理不同程度地提高了碳酸盐结合态、铁锰结合态、有机结合态和残渣态Cd的含量.培养60 d后,各处理组对Cd形态转化的贡献率为800℃热活化蛏子壳粉>600℃热活化蛏子壳粉>天然蛏子壳粉,且三者使土壤中可交换态Cd含量分别降低了52.0%~67.1%、40.7%~45.7%、33.6%~43.6%.由土壤pH与土壤可交换态Cd含量的相关性分析表明,在培养5 d时,二者呈显著负相关关系,其余时期均呈极显著负相关关系.土壤pH是影响重金属离子发生吸附、解吸、络合和共沉淀的重要因素.研究显示,蛏子壳粉对污染土壤中Cd在有效性和形态转化方面起到一定的积极作用,从而为Cd污染土壤的修复利用提供了新的思路.      

蒙脱石-OR-SH复合体材料对土壤镉的钝化及机制

通过吸附解吸实验、盆栽实验及材料的表征测试分析,探讨了蒙脱石-OR-SH复合体对土壤中Cd的钝化效果和机制.结果表明,蒙脱石改性后对镉的饱和吸附容量明显提高;蒙脱石-OR-SH复合体对Cd2+的吸附很稳定,不易解吸;在原土、Cd 3mg·kg-1和Cd 10 mg·kg-1污染土上,添加蒙脱石-OR-SH复合体能够不同程度地提高作物产量,小白菜Cd含量分别比对照降低61.00%、62.10%和83.73%.表征测试显示,Cd成功地吸附到了复合体上,并与巯基发生了配位反应,复合体表面的絮状物增多.蒙脱石-OR-SH复合体与镉的反应机制除了静电吸附、离子交换吸附和羟基配位吸附外,主要存在巯基配位吸附.