Catalytic degradation of toxic organic dye using an aluminum-doped Cu0.4Zn0.6-xAlxFe2O4 (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6) spinel ferrite in a photo-Fenton system

Catalytic activity of spinel ferrite in breaking down toxic dye materials are promising due to their uniqueness. In this study, aluminum-doped copper zinc ferrite, Cu_0.4Zn_0.6-xAl_xFe₂O₄ (x = 0.0, 0.2, 0.4, 0.6), a catalyst for toxic dye degradation is synthesized through chemical co-precipitation route. The formation of the spinel ferrite catalyst is initially confirmed by Fourier transform infrared spectra, which shows the frequency of metal-oxygen bond vibration at 539 and 427 cm⁻¹ attributed to the tetrahedral and octahedral sites respectively. Higher intensity sharp peak of X-ray diffraction for (311) plane is the evidence for the phase purity and the formation of spinel ferrite. The crystallite size is found to decrease with the increase of Al³⁺ ion. The surface structure of the obtained particles is investigated using a scanning electron microscope. Analyses of the material's magnetic characteristics using a vibrating sample magnetometer (VSM) revealed that it is, in fact, a soft magnet, as evidenced by the loop of its hysteresis, which is narrow. The catalytic degradation of methylene blue dye under the mechanism of the photo-Fenton process is studied with the obtained spinel ferrites and the result is found to be as high as 96.5%. The process follows pseudo-second order kinetics and the Langmuir isotherm.     

Physicochemical aspects of using natural scavengers in removing methylene blue (basic dye) from solution

Effluent from dyeing and finishing processes is an important source of water pollution. The effectiveness of bentonite, kaolinite and sediment from a local deposit in removing methylene blue as a cationic dye from aqueous solutions has been investigated. The adsorption equilibrium (isotherm) has been determined according to Freundlich and Langmuir equations. The optimum amount is 0.5 g for all adsorbents, and the optimum pH ranges are 2-8 for bentonite and 2-6 for kaolinite and sediment. With respect to kinetic modelling, the adsorption of methylene blue on various adsorbents was fitted to a second-order equation. Also, the thermodynamic parameters were determined. The negative free energy values indicate the feasibility of the process and spontaneous nature of adsorption. The positive ΔH° values indicate the endothermic nature of the process. Thus, Egyptian clay minerals and sediments have a great tendency to remove the dye from solutions.     

氨基改性生物炭负载纳米零价铁去除水中Cr(VI)

以聚乙烯亚胺（PEI）为功能单体,玉米秸秆生物炭为载体,制备了氨基改性生物炭负载型纳米零价铁（nZVI@PEI-HBC）,并利用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对材料进行了表征,分析了溶液pH、温度、材料投加量等因素对其去除Cr（VI）的影响及其去除机理.结果表明：在投加量为0.5 g·L^-1,温度为20℃,pH值为5,Cr（VI）初始浓度为20 mg·L^-1条件下,各材料对Cr（VI）的去除率大小为nZVI@PEI-HBC > nZVI > PEI-HBC > HBC.SEM显示nZVI颗粒较均匀地分散在生物炭表面,FTIR分析表明PEI改性后材料表面增加了氨基等重金属配位基团,这可能是nZVI@PEI-HBC去除Cr（VI）效果更好的原因.影响因素研究表明,材料具有较好稳定性,老化28 d后其Cr（VI）去除性能变化不大;酸性环境、升温、增大材料投加量均有利于nZVI@PEI-HBC对Cr（VI）的去除.机理研究发现,水中溶解氧加速了nZVI的腐蚀和Fe（II）的释放,促进Cr（VI）还原为Cr（III）,然后通过共沉淀作用和氨基等基团的吸附作用被去除.     

AMD铁絮体改性生物炭对重金属吸附机理研究 ——以Pb(II)为例

以酸性矿山废水生成的铁絮体和秸秆生物炭为原料,采用化学改性和紫外辐射联用技术制备改性生物炭,并通过正交试验确定最佳改性条件,同时利用FTIR、SEM和BET等方法对吸附材料的形貌特征、孔隙结构及其表面化学性质进行表征.结果表明,通过改性使吸附材料比表面积增大,吸附位点增多,在25℃、pH为7时,吸附材料改性后比表面积为295.71 m²·g^-1,对Pb（II）的拟合吸附量可达278 mg·g^-1.改性材料对Pb（II）的吸附过程符合Langmuir吸附等温线模型和准二级动力学模型,主要为单分子层吸附,受化学吸附控制.     

滆湖水华初期浮游植物群落特征及与水环境因子相关性分析

为探究滆湖水华初期浮游植物群落特征及与水环境因子的相关性,于2018年5—7月在全湖布设22个点,调查研究滆湖水华初期浮游植物群落时空分布特征,并对引起水华主导环境因子进行分析.结果表明：①共获得7门119属,优势属为绿藻门的小球藻与球团藻、蓝藻门的鞘丝藻与微囊藻,其中湖心区域浮游植物丰度与多样性小,均匀性低,属于中偏重污染区域;湖北区以北属于中污染区域,蓝藻堆积严重;西部沿岸及南端区域属于中偏轻污染区域.②冗余分析得出,湖心藻类与水温（T）有强相关性,与叶绿素a（Chl-a）、溶解性总磷（DTP）、pH、溶解氧（DO）呈一定正相关性;湖北区以北藻类与底泥有机质（OM）、水体悬浮物（SS）、Chl-a及DTP呈强相关性,与T呈一定相关性.T与多项环境因子相关,均值从26.1℃上升到32.4℃;OM与有机磷（OP）呈高度相关性（p<0.05,r=0.892）.水华发生的主导环境因子为T、DTP与pH,底泥OM及OP有一定影响.     

裂解温度和离子强度对不同来源生物炭胶体释放行为的影响

近年来环境中生物炭胶体形成受到广泛关注,它是生物炭在环境中物理分解作用的重要过程,对污染物迁移有着重要影响.然而,目前对生物炭胶体释放过程和影响因素的研究甚少,人们对生物炭胶体释放机理的认识还很有限.本研究以小麦秸秆和花生壳为生物质来源,系统地探讨了生物炭的裂解温度（300~700 ℃）和溶液离子强度（0.1~10 mmol·L^-1）对生物炭胶体产率的影响.结果表明,随着裂解温度的升高,生物炭的耐磨性增强,且在较高的裂解温度下（≥500 ℃）花生壳生物炭的耐磨性显著强于小麦秸秆生物炭.生物炭的胶体产率受到生物质来源和裂解温度的显著影响,花生壳生物炭的胶体产率低于小麦秸秆生物炭,高温裂解（≥600 ℃）生物炭的胶体产率显著低于中低温裂解生物炭.在相同溶液离子强度下,生物炭胶体产率与其亚微米级碎片率呈显著正相关（p<0.05）,即生物炭中亚微米级碎片率越高,生物炭胶体产率越高.当溶液离子强度从1 mmol·L^-1增加到10 mmol·L^-1时,两种来源生物炭的胶体产率均显著降低,其降低的程度因生物炭裂解温度而异,其中低温裂解（300 ℃）生物炭的胶体产率降低了11.1%~11.2%,中高温裂解（≥ 500 ℃）生物炭的胶体产率降低了60.0%~97.2%.     

水稻秸秆生物炭中铜和镉的形态分布及释放特性

由于目前缺乏对生物质原料来源的管控办法,极有可能用产自受污染农田土壤的秸秆制备出具有高重金属含量的生物炭,因此,研究生物炭中重金属的形态分布及其释放特性对于防控生物炭应用产生的环境风险具有重要意义.基于此,分别采集江西省贵溪铜冶炼厂周边九牛岗污染区和中国科学院鹰潭红壤生态实验站清洁区种植的水稻秸秆制备生物炭（分别记为“九牛岗生物炭”和“红壤站生物炭”）,分析两种生物炭中Cu、Cd的含量及其化学形态分布,考察不同固液比及pH对生物炭中Cu、Cd浸出的影响.结果表明:九牛岗生物炭中Cu、Cd的总量（以w计）分别为119.99、3.83 mg/kg,显著高于红壤站生物炭（19.50、0.96 mg/kg）.尽管九牛岗生物炭中w（酸溶态Cu）、w（酸溶态Cd）显著高于红壤站生物炭,但在形态分布上,九牛岗生物炭中Cu、Cd主要为相对稳定态（可氧化态和残渣态）,二者占比分别为80.3%、76.7%,高于红壤站生物炭（二者占比分别为53.2%、48.0%）.高固液比和低pH可有效增加两种生物炭中Cu、Cd的浸出毒性,其中,九牛岗生物炭在固液比为1:20和1:60时,浸出液中ρ（Cu）、ρ（Cd）均超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅱ类标准限值.动力学及累积释放试验表明,两种生物炭中的部分Cu、Cd可在短时间内迅速释放而后逐渐平稳并有上升趋势,且九牛岗生物炭中Cu、Cd释放量显著高于红壤站生物炭.研究显示,来自污染区水稻秸秆生物炭中的Cu、Cd活性显著高于清洁区生物炭,具有更高的环境风险.      

生物炭复合青霉菌修复砷污染土壤对其微生物群落功能多样性的影响

真菌修复砷污染土壤是一种能够有效吸附固化环境中砷的重要措施.生物炭作为目前修复重金属的热点,其多空疏松的结构、较高的离子交换量、丰富的有机碳含量等都说明了其在土壤修复中的地位.为了探究生物炭与青霉菌在修复砷污染土壤的同时对土壤中微生物活性及其多样性的影响,在室内孵育条件下,运用Biolog法研究了3×3随机区组试验（3个生物炭梯度分别为0%、2%、4%,3个青霉菌梯度分别为0%、10%、20%）下土壤微生物对不同类型碳源的利用能力以及多种功能性指数的影响.结果表明:①添加青霉菌与生物炭后,土壤中有效砷含量较对照组显著下降,从而影响其微生物群落功能多样性.②砷污染土壤中微生物群落功能多样性、碳源利用丰富度随生物炭浓度梯度的升高呈先升后降的趋势.③高接菌量（20%）与低接菌量（10%）对砷污染土壤中微生物群落功能多样性的影响没有显著性差异.④2%生物炭与10%青霉菌处理土壤中微生物群落功能多样性、碳源利用丰度最高.⑤青霉菌对胺类及少部分酸类碳源的利用能力较弱（AWCD < 0.5,AWCD为Biolog微平板孔中溶液吸光值平均颜色变化率）,对氨基酸类中大部分碳源以及脂类碳源的代谢能力较强（AWCD>1.0）,对糖类、酚酸类的代谢能力稍弱（AWCD为0.3~1.0）,青霉菌对D-半乳糖醛酸、L-天冬酰胺酸、L-丝氨酸、L-精氨酸、r-羟基丁酸这5种碳源的利用率最高（AWCD>1.2）.研究显示,低浓度生物炭可增加砷污染土壤中微生物群落多样性,生物炭含量的继续增加会对微生物产生抑制作用;青霉菌添加到砷污染土壤后,会显著提升砷污染土壤中微生物的群落功能多样性,改善砷污染土壤中微生的物群落结构;青霉菌的优势碳源大多为植物根系分泌物,可为后续青霉菌与超积累植物复合修复砷污染土壤提供参考.      

附着在不同微塑料表面的藻类结构与群落组成

选取水环境中常见的4种微塑料介质（聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET））和一种自然介质（鹅卵石）进行野外生物膜的培养,以探究不同类型介质表面附着的生物膜的表观结构和藻类群落组成的差异特征.结果表明,鹅卵石与微塑料介质上的生物膜的形貌结构及藻类含量与组成特性均存在一定差异：在微塑料介质表面附着的藻类叶绿素a浓度普遍低于自然介质.实验进一步发现,不同的微塑料类型同样会对生物膜藻类含量以及功能特性存在一定影响：PET片上附着的藻类叶绿素a浓度最高（613.7μg/L）,PP片上最低（492.5μg/L）;然而,PP片上藻类的光合作用最大量子产量最高（0.443）.以上结论说明微塑料会改变附着藻类的生长情况和初级生产力,进而可能影响生物膜在水体中的碳循环过程,对水体净化及污染治理产生一定影响.     

GA-g-PAMPS/AA/ST凝胶的制备及对亚甲基蓝吸附性能

采用微波辐射技术,通过接枝共聚反应制备了阿拉伯胶（GA）-g-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）/丙烯酸（AA）/海泡石黏土（ST）（GA-g-PAMPS/AA/ST）复合水凝胶,利用FTIR、XRD、SEM对复合水凝胶进行了表征,研究了水凝胶对水溶液中亚甲基蓝（MB）染料的吸附性能.结果显示：GA、ST和AA与AMPS发生了接枝共聚反应,形成具有均匀三维网络结构的复合水凝胶.0.025g水凝胶可以使体积为50mL、pH值为6.4、浓度为600mg/L的MB溶液的吸附量和吸附率分别达1146mg/g和95.5%,水凝胶具有较好的重复利用性能.Freundlich等温模型和准二级动力学模型能更好地描述吸附过程.热力学研究表明水凝胶对亚甲基蓝吸附是自发、吸热和不可逆的过程.该水凝胶可用作阳离子染料和阳离子型污染物的潜在候选生物质吸附剂.