用EXAFS研究Zn在水锰矿上的吸附-解吸机理

用延展X光吸收精细结构光谱(EXAFS)研究了重金属Zn(Ⅱ)在水锰矿(γ-MnOOH)上吸附产物的微观结构及其吸附机理.结果表明,Zn(Ⅱ)-水锰矿体系中(pH 7.5,0.1mol/LNaNO₃介质,25℃),Zn²⁺主要是通过共用水合Zn²⁺的O原子及水锰矿表面上的O原子形成Zn-O键,从而结合到水锰矿固体表面上的.平均Zn-O原子间距为1.998±0.010 A(n=3).这个Zn-O键键长是六配位的Zn(H₂O)²⁺₆及其水解产物四配位的Zn(OH)₂或Zn(OH)₄^2-各以一定比例混合吸附于水锰矿表面而形成的.同时,对第二配位层(Zn-Mn相互作用)的EXAFS图谱分析证明存在2个典型的Zn-Mn原子间距,即R₁=3.08±0.024A(n=3)和R2=3.54±0.018 A(n=3).这2个Zn-Mn原子距分别对应于水锰矿结构单元MnO6八面体与Zn水合离子ZnO多面体结合的2种方式,即共用2个O原子的边-边结合与共用1个O原子的角-角结合.边-边结合是较强的吸附位,Zn-Mn原子距较短(R₁=3.08A),吸附较不可逆.角-角结合是较弱的吸附位,Zn-Mn原子距较长(R₂=3.54A),吸附较为可逆.这一结果从微观上证明了亚稳平衡态吸附理论(MEA理论)的基本假设,即具有相同吸附密度的同一吸附质由于吸附力强弱以及微观构型的不同可具有不同的化学位,因而证明了修正传统吸附热力学的基本假设(吸附密度为热力学状态函数)的必要性.宏观的吸附-解吸热力学实验表明Zn(Ⅱ)在水锰矿上的吸附是不可逆的,EXAFS结果指出这种不可逆性主要是由Zn水合离子中ZnO多面体与水锰矿结构单元MnO₆八面体之间的边-边结合所导致的.     

阳离子化壳聚糖改性黏土絮凝去除藻华

壳聚糖改性黏土可以用于治理藻华,但未经改性的壳聚糖具有电荷密度小、溶解度小、pH适用范围较窄以及分子质量较小等缺点,影响了壳聚糖改性黏土除藻的性能。为了优化壳聚糖的絮凝除藻性能,以二甲基二烯丙基氯化铵为阳离子醚化剂,在微波条件下对壳聚糖进行改性合成阳离子型壳聚糖,并研究了阳离子壳聚糖溶解度随pH的变化,以及用它改性后的黏土颗粒的表面电位的变化,并对阳离子壳聚糖改性黏土和壳聚糖改性黏土的絮凝除藻性能进行比较。结果表明,阳离子壳聚糖在酸性和碱性条件下都具有很好的溶解性,经其改性后的黏土颗粒的等电点(pH 10.8)显著高于壳聚糖改性黏土的等电点(pH 9.5)。在絮凝实验中,阳离子壳聚糖改性黏土的最大除藻率达到99%,藻絮体粒径为978μm,即使在pH为10时,仍有87%的去除率。结果表明,阳离子壳聚糖改性黏土的除藻性能明显优于未改性的壳聚糖改性黏土。     

复合纳米Fe_3O_4的制备及其控磷效能的研究

采用氧化沉淀法在羧甲基纤维素(CMC)体系中制备了以纳米Fe3O4为核心,外包覆羧甲基纤维素的复合纳米Fe3O4.对比研究了复合纳米Fe3O4和微米Fe3O4对水中磷的吸附以及对土壤中磷的固化,并考察了添加纤维素酶在此过程中所起的作用.结果表明,在水中微米Fe3O4的平衡吸附量为3.2 mg/g,而复合纳米Fe3O4为2.1 mg/g.当将纤维素酶(用以降解包覆在氧化铁表面的羧甲基纤维素)添加到复合纳米Fe3O4吸附磷的溶液中,复合纳米Fe3O4的除磷效率(86%)接近于微米Fe3O4(90%),说明羧甲基纤维素的存在减弱了复合纳米Fe3O4的吸附能力.在土柱实验中,将2种Fe3O4悬浊液注入到10 cm高的土壤柱中,72%的复合纳米Fe3O4穿过土壤柱溢出,而微米Fe3O4完全滞留在土壤柱中没有溢出.原始土壤的固磷率为30%,注入复合纳米Fe3O4的土壤固磷率达到45%,而将纤维素酶和复合纳米Fe3O4一起注入土壤中固磷效率提高到74%.     

改性当地土壤湖泊综合修复技术对浮游植物群落变动的影响

采用改性当地土壤湖泊综合修复技术从2008年夏季到2010年夏季连续在太湖十八湾围隔内实施夏季应急除藻工程和春季底泥调控工程,通过连续监测浮游植物的群落变动发现:在2009年,春季和夏季工程后浮游植物门类虽在短时间内减少,但是一个月内均又恢复,而且春季工程在短时间内可以在一定程度上抑制蓝藻的种类和比例的增加,又可提高硅藻和绿藻的种类和比例,这对于春季沉水植被的恢复和抑制蓝藻的复苏都有积极意义;从长时间周年变化来看,春季和夏季工程在围隔内连续实施2年,蓝藻水华暴发周期和暴发规模均呈逐渐缩短趋势。这对于进一步开展蓝藻复苏和蓝藻水华暴发的机理研究和控制技术的研究都有一定的指导意义。     

太湖十八湾嗅味物质变化规律及除嗅方法

为了探索湖泊水体中嗅味物质的变化规律,解决湖泊水体的嗅味问题,本研究选取太湖十八湾围隔水域作为调查对象,从2009年12月到2010年8月,对嗅味物质土臭素(geosmin)和二甲基异茨醇(MIB)的含量进行分析检测,结果表明,geosmin的含量和MIB的含量在冬春季节较低,夏秋季节较高,随季节波动明显,MIB是主要的致嗅物质。为调控臭氧稳定性,降低臭氧衰减速率,室内实验采用硅藻土来吸附夹载臭氧,使臭氧分解速率常数由0.036/min降低到了0.015/min,由此制得了臭氧-硅藻土,并用该材料处理模拟嗅味物质水样。结果表明,10 min时,geosmin和MIB的去除率分别为73.4%和46.6%,高于对照中的45.9%和20.5%,30 min时,geosmin和MIB的去除率进一步提高到96.1%和79.7%,本研究结果为解决湖泊等天然水体的嗅味问题提供了新的思路。     

氧微纳气泡改性矿物对水体的增氧效果及机理

氧微纳气泡改性矿物可改善富营养化引起的水体和表层沉积物的缺氧/厌氧问题,但微纳气泡的生成和增氧机理尚不明确。该研究以天然多孔矿物凹凸棒石和蒙脱石为例,研究了改性矿物的氧微纳气泡释放和对水体的增氧性能,并分析了氧微纳气泡的生成和增氧机理。光学显微镜和NanoSight测试结果表明两种改性矿物均能有效释放微米气泡(约100μm)和纳米气泡(80.0～213.9 nm),凹凸棒石比蒙脱石有更高的氧微纳气泡释放量和气泡固定效率,其释放量为0.12 mg/g,是蒙脱石的4倍。在本实验体系下,改性凹凸棒石和蒙脱石应用24 h可将材料空隙水DO从1.6 mg/L分别升高到7.3和5.6 mg/L;应用72 h可将上覆水DO从1.5 mg/L分别升高到4.6和4.4 mg/L。研究发现材料将氧携带到水体后,表面孔对从材料中脱附的氧起分散作用,进而生成了氧微纳气泡。     

土壤原位覆盖对底泥的修复作用研究

在高度厌氧底泥和富营养化水体构成的模拟生态系统中，采用土壤和硅藻土进行原位覆盖，研究了覆盖技术对水．沉积物界面微环境的改善作用和不同覆盖材料对苦草生长的影响。这2种底质覆盖后，表层底泥氧化还原电位（Eh）分别提高了48．37％和46．77％，底层水体的溶解氧消耗降低，水体中的总氮（TN）和总磷（TP）含量降低；与对照箱体的苦草死亡相比，经过土壤和硅藻土覆盖的箱体中苦草正常萌发、定植和生长；硅藻土箱体苦草的生物量、叶绿素和根茎比均高于土壤覆盖箱体。因此，原位覆盖能有效改善底层水体和表层底泥的氧化还原环境，隔绝污染底泥和延缓营养盐释放，为沉水植物种子萌发和幼苗生长提供有利的生境条件。     

阳离子聚电解质强化絮凝去除活性染料的研究

选用三种活性染料分别配成模拟染料废水,用阳离子聚电解质(PDADMAC)强化絮凝去除活性染料.结果表明,PDADMAC去除活性染料的机理为聚电解质络合絮凝.PDADMAC的阳离子度高,分子量低,疏水性大,脱色去除效果较好.而且,活性染料的脱色去除率随活性染料色度的深浅而不同,表现为活性黑K-BG＞活性艳红K-2BP＞活性嫩黄K-6G.     

吸附模式对有机物光催化降解的影响1.H-酸在TiO2表面的吸附模式

H-酸萘环上含有的两个磺酸基团,在水溶液中可以解离一个或者两个.pH 2.5条件下,主要有一个磺酸基团解离,此时,H-酸通过一个磺酸基团吸附在TiO2表面,占位小,饱和吸附量大,但吸附键较弱,吸附较可逆.pH 5.0条件下,主要有两个磺酸基团解离,此时,H-酸通过两个磺酸基团吸附在TiO2表面,占位大,饱和吸附量小,但吸附键较强,吸附不可逆性较强.这种吸附模式的差异是导致H-酸在不同pH条件下饱和吸附量和吸附不可逆性差异的根本原因,也是导致不同pH条件下H-酸具有不同光催化降解途径的重要原因.     

阳离子聚电解质聚二甲基二烯丙基氯化铵的絮凝机理初探

以聚二甲基二烯丙基氯化铵PDADMAC(特性粘度分别为2.7,1.4,0.7)为絮凝剂,对比PAC和PFC,通过残余浊度、Zeta电位、FI絮凝指数的测定,研究了PDADMAC对高岭土悬浊体系(浊度分别为6000,1000,200和10 NTU)的絮凝特性,并对其絮凝作用机理进行了探讨.结果表明,PDADMAC的吸附构型决定其絮凝机理在较低初始悬浊物浓度下(200 NTU)为单个颗粒物表面吸附覆盖及其"吸附电中和"絮凝模型;在高浊条件下(＞1000 NTU)为单颗粒表面(Monomer)部分吸附覆盖及其"吸附架桥"絮凝模型.