响应面法优化胡敏素对Cu2+的吸附及机理研究

采用Box-Behnken响应面优化实验设计对胡敏素吸附去除水中Cu~(2+)的过程进行了优化,设定吸附时间、吸附剂用量、pH、温度和Cu~(2+)初始浓度为5个影响因素,Cu~(2+)吸附率为响应值,建立了吸附率与上述因素之间的二次多项式模型,确定最佳吸附条件,对吸附过程的等温模型及吸附机理进行了研究.响应面分析表明,吸附剂用量、pH和Cu~(2+)初始浓度是显著因素.胡敏素对Cu~(2+)吸附的最佳条件为:吸附时间110 min、吸附剂用量2.4 g·L~(-1)、pH=5.4、温度25.0℃、Cu~(2+)初始浓度208 mg·L~(-1).在该条件下,测得胡敏素对Cu~(2+)的吸附率可达到80.78%,吸附符合Langmuir等温线方程.胡敏素表面疏松多孔,有利于其通过物理吸附方式吸附Cu~(2+),同时,胡敏素表面的羟基、羧基和羰基等活性基团可以与Cu~(2+)发生配位络合作用,Na+、Ca~(2+)、Mg~(2+)等与Cu~(2+)发生离子交换作用,从而发生化学吸附.研究结果表明,胡敏素作为一种绿色、高效、廉价的吸附剂,可应用于Cu~(2+)污染废水的治理.     

腐殖质胶结团聚体对苯酚的富集特征

为探讨不同腐殖质组分团聚体对苯酚富集能力的影响,应用国际腐殖酸协会（IHSS）推荐方法提取腐殖质,以Ca2+、Al3+、Fe3+为桥键离子,制备了高岭石、蒙脱石不同腐殖质组分团聚体,采用平衡吸附法研究了不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集特征.结果表明:高岭石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的饱和吸附量（Q_m）大小依次为FA（富里酸）团聚体[（254.11±5.35）mg/kg] > HA（胡敏酸）团聚体[（186.14±1.61）mg/kg] > HM（胡敏素）团聚体[（120.61±1.67）mg/kg];蒙脱石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的饱和吸附量大小依次为FA团聚体[（418.72±19.14）mg/kg）] > HA团聚体[（290.00±13.06）mg/kg）] > HM团聚体[（160.46±4.92）mg/kg）];高岭石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集系数（ER）大小依次为FA团聚体（2.03±0.07）> HA团聚体（1.91±0.04）> HM团聚体（1.85±0.04）;蒙脱石不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集系数大小依次为FA团聚体（2.50±0.10）> HA团聚体（2.45±0.11）> HM团聚体（1.36±0.04）.研究显示,FA团聚体对苯酚的饱和吸附量和富集系数较大,对苯酚的吸附（富集）作用较强,HM团聚体对苯酚的饱和吸附量和富集系数较小,对苯酚的吸附（富集）作用较弱.不同腐殖质组分团聚体对苯酚的富集能力大小表现为FA团聚体> HA团聚体> HM团聚体.因此,FA团聚体可作为控制受苯酚污染场地土壤的首选修复剂.      

鄱阳湖湿地土壤中胡敏素对氨氮的吸附性能研究

通过在鄱阳湖湿地土壤取样,采用吸附实验及运用红外光谱表征等方法,研究胡敏素对氨氮的吸附规律。实验结果表明:胡敏素较符合Freundlich模型,即对NH+4-N的吸附表现为多层吸附;参与吸附反应的基团可能是芳香环、脂肪类、酚类或是Si—O键等,且NH+4-N可能是通过氢键、质子转移或范德华力等弱作用吸附在胡敏素上;p H、温度或胡敏素的量对吸附反应均有影响。     

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳及其组分的影响:对土壤腐殖物质组成及性质的影响

添加生物质炭在增加土壤固碳的同时,对土壤腐殖物质组成及性质的影响是人们关注的问题.通过室内培养试验对土壤腐殖物质进行提取和分离,利用分光光度计测定了土壤胡敏酸(HA)及富里酸(FA)的光学性质,研究了不同热解温度及施用量下生物质炭对土壤腐殖物质组成及结构的影响.结果表明:生物质炭中的类腐殖酸(LHS)含量随热解温度升高逐渐降低,但其结构趋向复杂化.与对照相比,低温(≤400℃)制备的生物质炭在培养期间增加了土壤HA含量,并随着添加比例的增加而增加,培养360 d后,BC300和BC400处理平均分别增加了69.93%和48.75%,且差异达到显著水平(P0.05);FA含量在培养前期(240 d)也有所增加,但后期减少了土壤FA含量,培养360 d后,BC300和BC400处理平均分别减少了1.35%和5.19%,但差异并不显著(P0.05);高温(400℃)制备的生物质炭在培养过程中主要降低了土壤HA和FA含量(仅在培养初期阶段引起土壤HA、FA含量的短时间增加),至培养结束时,BC500处理平均分别减少了34.38%和44.48%,BC600处理平均分别减少了42.84%和49.27%,且差异均达到显著水平(P0.05).生物质炭输入显著增加了土壤胡敏素(Hu)的含量,其中以BC500处理的增加效应最大.生物质炭输入增加了土壤H/F比,提高了土壤Hu的相对含量,增加了土壤中相对稳定性碳的比例.高温制备(400℃)的生物质炭培养结束时显著降低了土壤HA及FA的色调系数(Δlg K)和E4/E6值,使土壤腐殖物质的结构复杂化,而低温制备的则相反.从提升有机碳的稳定性考虑,在黄土高原塿土地区,在500℃条件下制备生物质炭,既能保证最大程度的增加土壤稳定性有机碳库,又提高了土壤腐殖化程度,从而提高土壤质量.     

多环芳烃（PAHs）在不同腐殖酸组分中的赋存特征和氧化降解效果研究

选取腐殖酸重要组分胡敏酸、富里酸、胡敏素为研究对象,研究了不同老化时间下多环芳烃(PAHs)在腐殖酸各组分中的赋存特征.同时,探究了过硫酸钠、高锰酸钾、芬顿试剂、过氧化氢4种氧化剂氧化PAHs过程中污染物在腐殖酸和上清液中的分布情况,确定胡敏酸、富里酸、胡敏素中PAHs的降解效率.实验结果表明,PAHs在胡敏素中存在吸附滞后现象,老化前期胡敏素对PAHs的吸附速率慢、吸附量少,但老化后期出现吸附量的反超,因此,胡敏素、胡敏酸和富里酸中PAHs的最终吸附量并没有明显差异.高环PAHs在3种腐殖酸组分中的吸附速率和最终吸附量远小于低、中环PAHs.过硫酸钠和高锰酸钾能够较好地去除胡敏酸、富里酸、胡敏素中的大部分PAHs,去除率均在95%左右,芬顿试剂对胡敏酸、富里酸和胡敏素中总PAHs的去除效果差别不大,去除率均在79.36%~88.05%之间;过氧化氢对胡敏酸和胡敏素中PAHs的去除率分别为82.82%和61.77%,而对富里酸中PAHs的去除效果最差,去除率仅为43.96%.过硫酸钠和高锰酸钾是氧化PAHs类有机污染土壤的最佳氧化剂,能够有效提高不同组分腐殖酸中PAHs的去除率.     

土壤有机质级份的红外和热重特性

用红外分析(FTIR)和热失重分析法对从三种不同利用方式下的黄泥土中提取出的FA,HA及用酸性二甲基亚砜(DMSO)和HF—HCl两种方法提取胡敏素的元素组成及结构特征进行分析,结果表明：胡敏素占腐殖质总碳的60—70％,FA和HA分别占10％和15％左右;不同利用方式下土壤的DMSO-humin,HF-humin 1．HF-humin2在波数2930／1640处的吸收强度比分别为1．18—1．44,0．32—0．43,0．37—0．41;DMSO．humin在78—86℃和264-282℃出现了主要的失重峰,HF-humin1和HF—humin2的主要失重峰在333—338℃和438—458℃之间,FA和HA的主要失重峰分别在300℃和359℃左右,说明用DMSO提取的胡敏素脂肪族类物质较多,缩合程度较低;而用HF—HCl提取的则含较多的芳香族类物质,缩合程度较高．     

不同类型土壤腐殖质组分的研究

为研究各类型土壤的肥力差异,依据Pallo分组法,初步分析了黑土、草甸土、风沙土、棕壤、暗棕壤、水稻土、黑钙土等7种土壤的腐殖质组成和性质。结果表明:7种土样的腐殖质组成中,均以胡敏素的有机碳的相对数量为最高,风沙土和棕壤中,富里酸的有机碳的相对数量则大于胡敏酸的有机碳的相对数量。7种土样的腐殖化程度从高到底依次为:草甸土>黑土>黑钙土>水稻土>暗棕壤>风沙土>棕壤。各土样胡敏酸的分子复杂程度和化学稳定性的序列为:草甸土>黑土>暗棕壤>黑钙土>风沙土>水稻土>棕壤。各土样中富里酸的分子复杂程度和化学稳定性的序列为:暗棕壤>黑钙土>风沙土>黑土>草甸土>棕壤>水稻土。     

土壤腐殖质对有机污染物吸附行为的研究

腐殖质是土壤有机质的主体,通常具有非常复杂的分子结构、丰富的表面官能团,对有机污染物的吸附起着主要作用。通过野外调查取样,采用吸附试验、红外光谱分析等研究了胡敏酸、胡敏素对混合污染物的吸附规律。结果表明,在多种污染物共存的体系中,Henry模型、Freundlich模型能够较好地拟合胡敏酸对特征污染物的吸附,胡敏素则主要符合Langmuir等温吸附模型。胡敏素对污染物的吸附量高于胡敏酸,且吸附过程有化学吸附发生。研究表明,有机质含量越高的土壤对地下水中污染物的截留净化作用越明显,能够减少污染物对地下水的危害,且胡敏素对污染物吸附的贡献率较胡敏酸更大。     

PCB138在两种土壤及其有机质组分中解吸特征研究

为探讨多氯联苯在污染土壤中的解吸特性,选用南北方两种典型土壤,红壤和黑土为研究介质,以六氯联苯PCB138为目标污染物,探讨PCB138在红壤和黑土原土,以及从两种土壤中提取出的有机质组分胡敏酸和胡敏素中的解吸行为,并探讨土壤理化性质与解吸速率和解吸量之间的关系。实验结果表明,PCB138在两种土壤及其有机质组分中的解吸在360 min时达到动态平衡。准一级、准二级、叶洛维奇和内扩散模型四种动力学模型拟合结果显示,准二级动力学方程R²值为0.911~0.998,拟合效果最好。PCB138在黑土中的解吸速率和解吸量要略大于红壤中的相应数值。Freundlich、Langmuir和D-R等温模型拟合结果显示,Freundlich模型能更好的描述PCB138在土壤及其有机质组分中的解吸过程,有机碳归一化分配系数K_oc值由大到小依次为胡敏素>原土>胡敏酸。当温度由25℃升高到45℃时,PCB138在土壤及其组分中的解吸量随之减小。热力学数据计算结果显示ΔG^°>0,ΔH^°和ΔS^°值均小于0,说明PCB138在两种土壤及其组分中的解吸是非自发的放热反应,同时在解吸过程中固液界面的无序性和体系混乱度减小。Pearson相关性分析结果显示,PCB138在土壤中的解吸速率、解吸量与其组分中有机质质量分数和比表面积相关性不显著。     

长期石油污染土壤腐殖质组成的研究

选择1口开采约20a的废弃油井,在距离井口0.5、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5和10.5 m处进行多点采样,应用腐殖质组成修改法和Simon-Kumada法,分别研究了上述长期不同程度石油污染土壤的全土及不同结合形态腐殖质组成.结果表明,土壤石油含量随距井口距离加大而降低,最远处(10.5 m)和最近处(0.5 m)分别为0.08 g/kg和153.3 g/kg.随石油含量增加,土壤有机碳和水溶性有机碳含量增加;全土腐殖质中,可提取腐殖质(HE)含量和胡敏酸(HA)含量下降而胡敏素(HM)含量增加, HA/HE的百分比(PQ 72.0%～8.05%)下降而HM/HE(31.4～76.7)增加;不同结合形态腐殖质中,松、稳结合态腐殖质(HⅠ、HⅡ)的含量呈下降趋势而紧结合态腐殖质(HⅢ)的含量增加, HⅠ/HⅡ(0.19～0.39)呈增加趋势,而HⅠ/HⅢ(0.032～0.003)和HⅡ/HⅢ(0.096～0.009)下降, HⅠ、HⅡ的PQ(3.21%～1.42%、58.1%～35.5%)也下降,并且HⅠ的PQ变化幅度小于HⅡ;水溶性有机质(WSOM)的色调系数(△logk)下降而HA则变化不大.以上结果说明,随石油污染程度增加,土壤HM的形成增强而HA形成减弱,对HA形成的影响主要表现为对稳结合态HA形成的抑制作用, WSOM分子结构趋于复杂而HA没有明显变化.