不同类型二氧化碳地质封存项目的环境监测问题与监测范围

针对CO_2地质封存的环境监测范围与泄露风险评价的目标,提出根据不同的CO_2地质封存项目类型和地质构造特征,需要采用不同的环境监测范围与关键监测数据。环境监测方法需要结合地质封存项目的可测量、可报告、可核查技术体系与监测数据,评价CO_2的实际封存量、泄漏量及环境风险。     

染色残液电化学处理碳素阴极材料性能比较

为实现染色残液的高效处理及废水回用,鉴于染色残液良好的导电性,选用电化学处理技术,以模拟活性红X-3B染色残液为研究对象,在钌铱形稳电极为阳极和合适的电解条件下,比较石墨板、石墨毡、炭毡、ACF（活性炭纤维毡）、碳纤维电极〔CFF（碳纤维布）、CFB（碳纤维刷）〕等碳素阴极材料的电化学处理效能.结果表明:碳素阴极材料可实现染色残液的完全脱色,活性红X-3B的降解过程符合一级反应动力学特征,其中CFF为阴极时COD_Cr去除率达到86.37%,一级动力学反应常数为0.010 3 min-1,是石墨毡（0.007 3 min-1）的1.4倍.相比于石墨板电极,CFB显示出优异的二电子氧还原和产H₂O₂能力,单位面积产H₂O₂的浓度为10.40 μmol/L,是石墨板（1.08 μmol/L）的9.7倍,产生的H₂O₂导致活性红X-3B的降解,30 min内实现完全脱色.循环伏安曲线表明,碳纤维电极（包括CFF和CFB）的析氧电位明显高于其他电极,可有效抑制析氧副反应,提高有机污染物降解过程中的电催化效率,有利于降低能耗.研究显示,碳纤维可作为阴极材料应用于电化学处理染色残液,具有良好的稳定性.      

微生物光电化学池去除硝酸盐氮:以PANI/TiO2-NTs为光阳极

利用微生物光电化学池(MPEC)去除污染物是一种经济高效环保的方法.本实验在制备获得聚苯胺/二氧化钛纳米管阵列(PANI/TiO_2-NTs)复合光电极的基础上,构建了由PANI/TiO_2-NTs光阳极和生物阴极组成的MPEC系统,并对其去除硝酸盐氮(NO~-_3-N)的性能进行研究.结果表明,PANI负载时间为80 s时,PANI/TiO_2-NTs电极光电性能最佳,相比于TiO_2-NTs电极光电流密度增大约一倍,PANI的修饰有效提高了光能利用率.构建的MPEC系统能在无外加电压的条件下利用光能驱动实现自养反硝化脱氮,NO~-_3-N的生物降解符合准一级反应动力学方程.光响应电流密度越大,系统反硝化脱氮性能越好,NO~-_3-N初始浓度为25 mg·L~(-1)时,当光响应电流密度从0.17 mA·cm~(-2)增加至0.67 mA·cm~(-2),平均反硝化速率从0.83 mg·(L·h)~(-1)增大到2.83 mg·(L·h)~(-1).对生物阴极微生物膜进行了高通量测序,发现Pseudomonas所占比例最大(27.37%)为优势菌属.分析认为PANI/TiO_2-NTs光阳极产生的光生电子通过外电路传递到阴极,Pseudomonas、Alishewanella和Flavobacterium等具有自养反硝化能力和电化学活性的微生物可直接利用电极上的电子作为唯一的电子供体进行自养反硝化脱氮.     

叶面喷施2,3-二巯基丁二酸对水稻幼苗镉吸收转运及抗氧化系统的影响

稻米Cd超标问题已成为社会各界广泛关注的热点问题之一,探索降低Cd向地上部转运并缓解水稻Cd胁迫的新方法,对保障食品安全具有重要意义.本研究拟通过在水稻幼苗叶面喷施2,3-二巯基丁二酸(DMSA)评估利用该重金属螯合剂降低Cd向水稻地上部转运并缓解Cd胁迫的可行性.以我国南方水稻主栽品种之一中早35幼苗为研究材料,采用水培法研究了叶面喷施不同浓度DMSA对Cd在水稻幼苗体内吸收转运的影响,同时考察了对水稻幼苗丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)含量以及对抗氧化酶过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响.结果表明,叶面喷施DMSA 0.2、 0.4和1.0 mmol·L~(-1) 4次后,水稻幼苗地上部Cd含量随着DMSA喷施浓度增加呈显著降低趋势, 3种处理浓度与对照相比分别降低22.1%、 39.7%和43.5%,但是对水稻幼苗根部Cd含量无显著影响;对地上部及根中K、Ca、Mg、Fe、Zn和Mn这6种矿质元素含量无显著影响;喷施4次DMSA后显著降低了幼苗地上部MDA和GSH含量,同时使CAT和SOD活性显著增加,有效缓解了Cd对水稻幼苗造成的胁迫效应.DMSA能抑制Cd从水稻根部向地上部转运,同时不影响对人体必需矿质营养元素的吸收和转运,具备成为水稻降Cd叶面调理剂的潜力.     

高温高含二氧化碳条件下五种含Cr钢适用性评价

目的 预测某高温高含二氧化碳油井中管柱的腐蚀情况,为该油井推荐安全经济的材质。方法 采用高温高压反应釜模拟现场工况进行腐蚀试验,通过失重法、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱分析(EDS)对五种含Cr钢的适用性进行评价。结果 在40~160 ℃温度范围内,五种钢材随温度的升高,其均匀腐蚀速率先升高后降低,且均在80 ℃时达到最大值。3Cr钢的腐蚀速率最高,在整个温度范围内,均远高于0.076 mm/a。在温度为120 ℃时,9Cr钢开始出现局部腐蚀。在温度为160 ℃时,13Cr钢有一定的局部腐蚀倾向。S13Cr、22Cr钢在整个温度范围内的腐蚀速率都较低,试验后试样表面平整连续,耐蚀性能好。结论 建议在采出井井筒中上部40~80 ℃较低温度井段选用9Cr钢,中部80~120 ℃中高温井段选用13Cr钢,底部120~160 ℃高温井段选用S13Cr钢。     

桐油水解制备咪唑啉缓蚀剂及其量子化学研究

目的 开发原料价廉易得、能实际应用的缓蚀剂。方法 以桐油为原料,水解后得到桐油酸,然后与二乙烯三胺经过酰胺化和环化反应,生成桐油咪唑啉缓蚀剂。在模拟现场环境的条件下对所合成的桐油咪唑啉缓蚀剂进行电化学测试和高温高压性能评价。利用量子化学计算对桐油咪唑啉缓蚀剂的分子动力学进行模拟,探讨其在Fe表面的吸附作用。结果 红外光谱显示,桐油水解后可生成桐油酸,最终合成物为桐油咪唑啉。电化学测试表明,随着桐油咪唑啉缓蚀剂添加量的增大,20#测试钢片的自腐蚀电位逐渐提高,腐蚀电流降低。高温高压模拟实验显示,加入油酸咪唑啉后,腐蚀速率明显降低,由0.3181 mm/a降到了0.0392 mm/a。量子化学计算表明,桐油咪唑啉分子中的咪唑啉环会平行吸附于铁表面,形成一层缓蚀剂膜。结论 价廉易得的桐油经水解后可得桐油酸,再与二乙烯三胺经过酰胺化和环化反应最终合成了桐油咪唑啉缓蚀剂。该缓蚀剂添加量越大,对20#钢片的缓蚀效果越好,呈现出了较好的缓蚀效果,其分子结构中的咪唑环能平行吸附于铁表面,属于抑制阳极型缓蚀剂。     

山西省CO2排放影响因素研究及情景分析

山西作为我国的能源大省,其碳排放强度更是持续位于全国最高水平,分析山西省CO₂排放影响因素,探究其发展模式,对于山西省的低碳发展意义重大.基于STIRPAT模型,将山西省能源CO₂排放的影响因素确定为人口、城镇化率、人均GDP、第二产业占GDP比重、能源强度.在岭回归拟合分析的基础上,利用灰色GM（1,1）模型对山西省CO₂排放驱动因素值进行预测,以提高能源CO₂排放预测的准确性,并结合情景分析方法,为山西省的CO₂减排设计了10种不同的发展情景.结果表明:①人口对山西省CO₂排放影响最大,其次是城镇化率和第二产业占GDP比重.②在当前经济发展阶段,能源强度和人均GDP等因素对山西省的CO₂排放影响不大,但能源强度对CO₂排放的抑制作用不可忽略.③山西省CO₂减排最佳的情景方案为适当控制人口数量和城镇化进程、加快产业结构的转型和技术的革新、降低第二产业占GDP比重和能源强度,并且大力推广新能源和清洁可再生能源的开发使用以优化能源消费结构.在该情景下,山西省2020年的CO₂排放量可以控制在5.16×108 t.      

紫外诱变选育高原环境絮凝菌及其絮凝条件优化

为获得耐低温且絮凝优异的絮凝菌,对一株分离得到的絮凝菌进行紫外诱变和5℃低温胁迫培养,并对诱变优势菌进行应用条件优化.结果表明:①原始菌为蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）.②紫外诱变和低温胁迫培养得到的目标诱变菌FB-5对生活污水絮凝率达75.35%,具有良好的遗传稳定性.③单因素试验确定最佳絮凝条件,即絮凝菌投加量为0.90 mL/（50 mL）、pH为7.4、助凝剂加量为1.0 mL/（50 mL）、处理时间为15 min;筛选出影响诱变菌絮凝能力最显著的3个因素为絮凝菌投加量、pH和助凝剂加量;通过Box-Behnken响应面试验得到最佳净化的应用条件,即絮凝菌投加量为0.90 mL/（50 mL）、pH为7.38、助凝剂加量为1.04 mL/（50 mL）.④验证试验确定絮凝率达97.01%,BOD₅、COD_Cr、浊度和色度去除率均达到97%以上,出水水质满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准.研究显示,紫外诱变联合低温胁迫技术以及单因素与响应面结合优化絮凝条件可以大幅度提高原始菌株的絮凝能力,低温诱变菌FM-5能使高寒地区城市生活污水中悬浮固体大幅降低,同时去除水体中多种污染物.      

铁纳米线对水中Cu2+的吸附性能及机理

为研究nZVI（纳米零价铁）材料对水中Cu2+的吸附性能,采用液相还原法合成核壳结构的nZVI,即FSCNs（铁纳米线,Fe@Fe₂O₃ core-shell nanowires）.通过批处理吸附试验研究pH、离子强度、FSCNs投加量、反应时间、初始ρ（Cu2+）、反应温度等因素对Cu2+去除率的影响,运用动力学模型、等温吸附模型和吸附热力学模型分析FSCNs对Cu2+的吸附特性,并利用SEM（扫描电镜）、XRD（X射线衍射）和XPS（X射线光电子能谱）等表征手段探讨FSCNs对Cu2+的吸附机制.结果表明:①在pH为5、离子强度为0.01 mol/L、FSCNs投加量为0.5 g/L、反应温度为318 K条件下,FSCNs对Cu2+产生的吸附容量最大,为387.6 mg/g.②FSCNs对Cu2+的吸附反应在30 min内达到吸附平衡,此时的最大吸附率可达96%;FSCNs对Cu2+的吸附更符合准二级动力学模型（R2≥0.992）,表明化学吸附可能为该反应的限制步骤;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地拟合吸附结果（R2≥0.992）;该吸附过程是自发的吸热反应〔ΔG0（吉布斯标准自由能） < 0,ΔH0（标准焓变）>0〕.③大部分Cu2+在加入FSCNs后转化为Cu、Cu₂O和CuO,被吸附在FSCNs表面,吸附、还原与共沉淀可能是FSCNs去除水中Cu2+的主要机理.研究显示,FSCNs对Cu2+的最大吸附容量为387.6 mg/g,能快速高效吸附水中的Cu2+,应用前景良好.      

利用集合均方根卡尔曼滤波反演重庆地区SO2源排放

传统的"自下而上"清单方法估算的排放清单,其数据的准确性和时效性存在较大局限.基于集合均方根卡尔曼滤波的源清单反演方法,结合WRF-CMAQ（天气研究和预报模式-公共多尺度空气质量模型）被用于对以清华大学编制的2010年MEIC（中国多尺度排放清单模型）排放清单为基础制作的重庆地区SO₂排放源进行反演试验以解决准确性和时效性问题,试验时间段为2014年10月15-31日,重庆主城17个环境空气质量国控监测点ρ（SO₂）小时观测资料用于反演及检验.结果表明:该方法能够反演重庆地区SO₂源排放量,随着反演次数增加,基于反演排放源预报的ρ（SO₂）预报误差持续减小,反演4次后预报误差达到比较低的稳定的水平,其均方根误差均低于20 μg/m3. 5次反演后SO₂源排放量用于2014年10月24-29日每天起始预报,其预报的站点、时间平均的均方根误差从100~400 μg/m3降至30 μg/m3以下.反演中应用局地化尺度减少集合取样误差影响,54与81 km两个局地化尺度反演结果对预报改善效果相当,表明主要影响重庆主城ρ（SO₂）的源排放位于主城及周边地区,也说明内源排放对重庆主城ρ（SO₂）起主要影响.反演后面源排放量主城区降幅约为30 kg/（d·km2）,周边地区减少10~20 kg/（d·km2）,主城区部分SO₂点源排放量降幅约为25 kg/（d·km2）,说明2010年MEIC排放清单高估了试验时段重庆地区的SO₂排放.