多元竞争体系下的微界面动力学响应机理研究—以细颗粒泥沙吸附多元重金属离子铅、铜和镉为例

研究微界面动力学响应机理能更好地了解动力学扩散模式的内在机制.通过竞争吸附实验,采用微界面作用模式识别多元重金属离子铅、铜和镉在泥沙颗粒上的扩散模式,探究多元重金属离子的液相浓度和吸附速率变化规律,剖析多元竞争体系下的微界面动力学响应机理.结果显示,10 min前,多元竞争体系下离子的液相浓度和吸附速率变化较大,为快速吸附阶段,与扩散速率较大的膜扩散过程对应.10 min后,离子的液相浓度波动变化,吸附速率变化呈“N型”、“倒N型”、“W型”和“倒W型”特征,吸附解吸交替进行,不同竞争体系离子的液相浓度和吸附速率变化不同,进入孔隙的时间存在差异,此阶段为膜扩散和颗粒内扩散并存,不同竞争体系的离子的颗粒内扩散时间不一致.60 min后, 离子的液相浓度较稳定和吸附速率较小,微界面作用趋于稳定,为扩散速率较小的颗粒内扩散阶段.研究结果可为多元竞争体系的微观界面动力学响应机理提供理论支撑.     

民用煤排放PM2.5中碳组分与水溶性离子特征

研究4种典型民用煤燃烧排放PM_2.5中的碳组分以及水溶性离子含量特点,并通过PAM-OFR(潜在气溶胶质量-氧化流动反应器)模拟了大气老化过程(2d)对煤球与烟煤燃烧PM_2.5中碳组分与水溶性离子含量的变化影响。结果表明,烟煤燃放PM_2.5中碳组分含量最高,达到57.96%,其EC含量是其他煤种的4.3~9.6倍。民用煤燃烧产生PM_2.5中水溶性离子以Na⁺与SO₄^2-为主,其在总水溶性离子中占比合计约47%~76%。经历了大气老化试验后,煤球与烟煤燃烧排放PM_2.5中NH₄⁺和NO₃^-离子含量大幅增加,与之相比,TC占PM_2.5比例分别下降了12.03%与19.99%。     

Year-round observation of atmospheric inorganic aerosols in urban Beijing: Size distribution, source analysis, and reduction mechanism

To investigate particle characteristics and find an effective measure to control severe particle pollution, year-round observation of size-segregated inorganic aerosols was conducted in Beijing from January to December, 2016. The sampled atmospheric particles all presented bimodal size distribution at four pollution levels (clear, slight pollution, moderate pollution and severe pollution), and peak values appeared at the size range of 0.7-2.1 μm and >9.0 μm, respectively. As dominant particle compositions, NO₃⁻, SO₄²⁻, and NH₄⁺ in four pollution levels all showed significant peaks in fine mode, especially at the size range of 1.1-2.1 μm. Secondary inorganic aerosols accounted for about 67.6% (36.3% (secondary sulfates) + 31.3% (secondary nitrates)) of the total sources of fine particles in urban Beijing. Severe pollution of fine particles was mainly caused by the air masses transported from nearby western and southern areas, which are industrial and densely populated region, respectively. Sensitivity tests further revealed that the control measures focusing on ammonium emission reduction was the most effective for particle pollution mitigation, and fine particles all showed nonlinear responses after reducing ammonium, nitrate, and sulfate concentrations, with the fitting curves of y = -120.8x - 306.1x² + 290.2x³, y = -43.5x - 67.8x², and y = -25.8x - 110.4x² + 7.6x³, respectively (y and x present fine particle mass variation (μg/m³) and concentration reduction ratio (CRR)/100 (dimensionless)). Overall, our study presents useful information for understanding the characteristics of atmospheric inorganic aerosols in urban Beijing, as well as offers policy makers with effective measure for mitigating particle pollution.     

石墨基复合材料负载零价纳米铁吸附重金属离子的研究进展

工业废水中重金属的存在威胁着环境和人类健康,有效去除环境中的重金属离子具有重要意义。论文简要介绍了近年来石墨基复合材料负载纳米零价铁(nZVI)去除废水中重金属离子的研究,探讨了多种石墨基负载nZVI复合材料对重金属离子的吸附特性和环境条件对吸附性能的影响因素,并对其未来的研究和应用进行了总结和展望。     

纳米银和银离子对土壤中硝化微生物及其氨氧化速率的影响

为研究纳米银对土壤硝化微生物及其氮转化的影响,采用土壤培养方式,对不同剂量纳米银(10、50、100 mg·kg~(-1))和银离子(1、5、10 mg·kg~(-1))暴露下黄棕壤和水稻土硝化细菌数量、土壤酶活性、amoA基因丰度、NH_4~+-N与NO_3~--N含量变化以及土壤潜在氨氧化速率进行研究.结果表明,纳米银和银离子暴露后,2种土壤亚硝酸细菌和硝酸细菌数量显著减少;土壤酶活性受到抑制,对脲酶的影响大于过氧化氢酶;土壤氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)的amoA基因丰度均降低,对AOB基因丰度的影响大于AOA.在2种土壤中外源添加(NH_4)_2SO_4时,随着纳米银和银离子暴露剂量增加,土壤NH_4~+-N含量累积,NO_3~--N含量减少,氨氧化速率降低,铵态氮向硝态氮的转化受阻.综上所述,纳米银和银离子对土壤硝化微生物产生毒害作用并影响铵态氮转化,且影响程度与土壤理化性质有关.     

燃煤锅炉颗粒物化学组成排放特征

本研究收集了兰州市不同吨位燃煤锅炉颗粒物排放样品,分析并评估了锅炉烟气中水溶性无机离子、碳质组分、水溶性有机物(WSOC)以及多环芳烃(PAHs)的排放水平、排放特征及其影响因素.结果表明,SO_4~(2-)、Cl~-和Ca~(2+)是燃煤锅炉样品中最主要的水溶性离子,分别占水溶性离子总和的35. 13%、23. 16%和22. 20%.不同吨位燃煤锅炉样品的OCEC及其热解成分谱较为相似,OC1、OC2、OC3、OC4、EC1、EC2和EC3分别占TC的1. 04%、8. 26%、20. 09%、6. 78%、51. 08%、7. 09%和5. 66%,其中EC1的含量最高,是最主要的碳质组分. WSOC/TC和WSOC/OC分别为0. 09±0. 07和0. 23±0. 12,且不同吨位锅炉之间差异较大.菲(Phe)、芘(Pyr)和苯并(k)荧蒽(Bk F)是PAHs的3个主要成分,分别占PAHs总和的16. 69%、11. 93%和10. 66%.不同吨位燃煤锅炉所排放颗粒物中水溶性离子、OCEC以及WSOC均与锅炉吨位大小无明显线性相关,随着吨位的增加PAHs轻组分含量减小.     

广州地区大气棕色碳气溶胶光吸收特性

2014年冬季在广州番禺站利用校正后的7波段黑碳仪数据,计算棕色碳(BrC)在不同波长的光吸收特性,并结合气溶胶及气体成分在线监测仪(MARGA)和在线OCEC分析仪同步观测数据,分析了BrC的来源.结果表明:BrC在370、470、520、590和660 nm处对光吸收的贡献随波长增大而变小,不同波段的贡献分别为25. 9%、19. 7%、14. 1%、11. 6%和7. 7%; BrC光吸收系数、水溶性钾离子(K~+)和有机碳(OC)浓度大致呈现日间低,夜间高的趋势,说明生物质燃烧产物对BrC的光吸收系数贡献很大,傍晚附近农村地区逐渐活跃的秸秆燃烧活动和夜间稳定的边界层也有利于污染物累积; BrC光吸收系数与OC的比值在午后出现低值,说明二次有机气溶胶和老化的气溶胶的吸光能力较弱.相关性分析表明,BrC光吸收系数与K+离子和OC浓度的相关性最高,BrC光吸收系数与硝酸根(NO_3~-)和铵根(NH_4~+)离子也具有较高的相关性.     

2018年石家庄市秋冬季典型霾污染特征

依托河北省灰霾污染防治重点实验室,对2018年10月31日至12月3日期间石家庄市大气PM_(2.5)的质量浓度和化学组分进行连续在线观测,解析石家庄市秋末冬初典型灰霾过程的特征.观测期间,石家庄市共发生4次霾污染过程,PM_(2.5)均为首要污染物,日均浓度最大值分别为154、228、379和223μg·m~(-3),达到重度污染甚至严重污染.PM_(2.5)主要组分为无机水溶性离子(WSII)和含碳气溶胶,两者质量浓度的平均占比分别为(60. 7±15. 6)%和(21. 6±9. 7)%.相比优良天,两者浓度分别上升了4. 4倍和3. 1倍,是霾污染形成的主要原因.WSII中NO_3~-为首要成分,SO_4~(2-)和NH_4~+次之,三者(SNA)质量浓度之和占WSII质量浓度的(91. 5±17. 3)%,污染期间SNA的暴发式增长是推高PM_(2.5)浓度的主要原因.非高湿条件下,单位质量NO_3~-和SO_4~(2-)的变化速率差异不明显,高湿条件触发SO_2的液相氧化过程后,SO_4~(2-)二次转化被显著促进.大气处于富NH_3状态,PM_(2.5)中n(NH_4~+)与n(NO_3~-+2×SO_4~(2-))的比值 1,过量NH_3加剧NO_3~-和SO_4~(2-)的转化.霾污染时段,燃煤和机动车排放的一次污染物的积累为含碳气溶胶浓度上升的主要原因,相比优良天,二次有机碳的生成受到抑制.在采暖季开始之前的两次霾污染过程,移动源为PM_(2.5)首要污染源,平均占比30. 8%和39. 8%.随着燃煤采暖污染排放的增加,燃煤源贡献逐步增高至25. 2%,攀升为首要污染源.     

霾不同发展阶段下污染气体和水溶性离子变化特征分析

为探讨霾不同阶段下大气污染物的变化特征,使用MARGA观测了2018年11月18日～12月7日长三角地区一次区域霾过程中前体污染气体(NH_3、HNO_3、SO_2)和8种水溶性离子浓度.结合环保数据(PM_(2.5)、NO_2、CO、O_3)和气象数据,分析此次区域霾过程的成因、大气污染物的日变化特征以及在霾不同阶段下大气污染物的分布特征.结果表明,此次霾过程中长三角地区主要受到高压脊控制,天气形势稳定,有利于大气污染物累积.霾天时PM_(2.5)、NO_2、NO_3-、SO_24-、NH_4+、Cl-和Na+的浓度分别为(118. 91±39. 23)、(61. 62±26. 34)、(45. 64±16. 01)、(18. 80±8. 02)、(20. 82±7. 16)、(3. 02±2. 25)和(0. 23±0. 22)μg·m-3,分别是干净天的2. 73、1. 63、2. 64、1. 94、2. 50、2. 05和2. 56倍;霾天CO的浓度为(1. 34±0. 39)mg·m-3,是干净天的1. 86倍.不同大气污染物的日变化特征不同.霾不同阶段下大气污染物的分布特征不同.SO_2的浓度在霾发生阶段最高; PM_(2.5)、NO_2、NH_3、CO和SNA的浓度在霾发展阶段最高; O_3、Cl-、Na+和K+的浓度在霾消散阶段最高.SNA在霾不同阶段下对PM_(2.5)的相对贡献可达94%～96%,且在发展阶段的增速最大,增速排序为NO_3- NH_4+ SO_24-. SNA在干净天、发生阶段和发展阶段以NH_4NO_3为主,在消散阶段(NH_4)2SO4为主.此次霾过程主要由NO_3-增长导致,NO_3-在霾发生、发展和消散阶段对PM_(2.5)的相对贡献分别为51. 06%、51. 85%和48. 22%,主要通过气相均相反应生成.     

The Chemistry of Throughfall, Stemflow and Soil Water Beneath Oak Woodland and Moorland Vegetation in Upland Wales

The chemistry of bulk precipitation, throughfall, stemflow and soil waters beneath an oak wood (Quercus petraea) canopy and soil waters under moorland vegetation were measured at two sites on acid brown podzolic soils near Llyn Brianne in rural mid-Wales, UK. Between March 1986 and November 1988, precipitation was 4354 mm and annual interception losses from the oak canopy averaged 13% of incident precipitation. Throughfall and stemflow were more acid and concentrations of most solutes were increased 2- to 4-fold compared with bulk precipitation. Nitrate was the only solute retained within the tree canopy. Throughfall collected beneath patches of bracken on the forest floor was less acidic but contained substantially higher concentrations of major ions than bulk precipitation and oak throughfall. the moorland soil was more acidic, contained more exchangeable calcium but less exchangeable aluminium and potassium than the woodland soil. Soil waters beneath both vegetation types were acidic (mean pH range 4.5-4.9) and dominated by sodium and chloride. with the exception of calcium, soil water solute concentrations were greater beneath oak. These differences are ascribed to larger atmospheric inputs beneath the oak canopy compared with the shorter grasses, combined with the effect of differences in nutrient dynamics and water fluxes. Variations in soil water aluminium chemistry are explained in terms of ion exchange and podzolisa-tion processes. the water quality implications of increased upland afforestation of moorland by broadleaved trees are discussed.