岸线码头密度对河道水动力和污染物输移影响分析——以武汉河段为例

为研究岸线码头密度对河流水动力变化及污染物输移的影响,以武汉河段为例,基于Mike21模型建立了适用于该河段的平面二维水动力-水质模型,计算了长为9.6 km的岸线范围内布置不同密度码头群后引起的附近区域内水位、流速变化以及突发水污染事故后的自净能力变化,从空间差异性、最大变幅等角度对比了三者的差异,并归纳了码头密度与水动力条件、污染物浓度变幅之间的关系.结果 表明:(1)随着码头密度增加,工程区上游水位变化较流速更敏感,工程区及下游局部位置水位变幅较小,而流速变化较为敏感,表现为前沿主流区流速增大,近岸区流速减小;当码头密度大于1.25～2.5座/km的临界范围后,水动力条件随码头密度的变幅逐渐减缓.(2)修建码头后,受水动力变化影响,工程区河段上游污染物浓度变化呈"峰前减、峰后增",但工程区下游呈"峰前增、峰后减"的特征;工程区间内表现为主流区浓度增大、近岸带浓度减小、高浓度滞留时间总体增加的变化特点.(3)受码头工程群影响,无论是区间整体上,还是局部范围内,污染物浓度相对水动力条件变幅更大,对河段内水源地的取水可能造成不利影响.以上认识对于河流岸线开发利用规模选取和效应评估具有参考意义.     

基于MERRA-2资料的PM2.5主要组分污染特征及与气象条件的相关性分析

利用MERRA-2再分析数据,对1980～2020年中国区域黑碳、有机碳和硫酸盐质量浓度的空间分布特征、多时间尺度变化规律进行了分析,并进一步探讨了典型区域黑碳、有机碳、硫酸盐浓度与大气自净能力指数之间的可能联系.结果显示:中国黑碳、有机碳、硫酸盐浓度都呈西部低、中东部高的空间分布特征,且京津冀、川渝、江浙沪、两广等4个区域的污染特征具有代表性;中国黑碳、有机碳、硫酸盐浓度均呈现阶段性的年代际变化特征,1980—2020年期间经历了缓慢增加、快速增加和缓慢下降的过程;4个区域3种组分的季节变化规律有较大差异,其中黑碳浓度呈夏季低、冬季高的“U”型变化规律,有机碳和硫酸盐浓度无显著的一致性特征;大气自净能力指数与黑碳、有机碳、硫酸盐浓度的长期变化趋势上有显著的负相关关系,即大气自净能力指数越大(小),污染物浓度越低(高).     

非缓冲微生物燃料电池运行性能及无机碳积累

考察了不同乙酸钠浓度下非缓冲微生物燃料电池(BLMFC)的运行性能和无机碳(IC)(HCO_3~-或H_2CO_3)积累情况。结果表明:阳极液中IC的积累浓度与乙酸钠浓度呈线性相关,在乙酸钠浓度为0.5 g·L~(-1)和1.0 g·L~(-1)的BLMFC体系中,IC积累浓度分别为8.02 mmol·L-1和13.60 mmol·L~(-1),阳极液出现酸化现象,pH降低至6.2和6.5;体系输出电压(U)与阳极液pH出现相同的先下降后上升的变化趋势,体系最大功率密度(P_(max))分别为242 mW·m~(-2)和428 mW·m~(-2)。当乙酸钠浓度增大到2.0 g·L~(-1)和3.0 g·L~(-1)时,IC积累浓度增加到30.64 mmol·L~(-1)和42.42 mmol·L~(-1);乙酸盐自身的缓冲作用和体系积累的较高浓度IC可以将阳极液pH维持在7.4～8.5,输出电压稳定在350 mV左右;P_(max)增大到668 mW·m~(-2)和699 mW·m~(-2),可以实现自缓冲稳定运行。     

高山风景区居民区碳质气溶胶污染特征及来源

碳质气溶胶是大气颗粒物的重要组成部分，具有很强的环境和气候效应，是气溶胶科学研究领域的热点.为探究庐山风景区居民区PM_2.5中碳质组分的污染特征及来源，于2019年12月2日—2020年10月31日在庐山风景区居民区进行PM_2.5样品采集，并对其碳质组分有机碳(OC)和元素碳(EC)进行分析.结果表明，观测期间庐山风景区居民区PM_2.5的平均质量浓度为(46.45±18.64)μg·m^-3，其中OC和EC平均质量浓度分别是(4.08±1.61)μg·m^-3和(0.23±0.10)μg·m^-3，占PM_2.5总质量的8.78%和0.50%.且碳质颗粒的污染水平普遍低于城市地区，介于国内其他典型高山背景点之间.采用EC示踪法对PM_2.5中的二次有机碳(SOC)进行估算，发现采样期间SOC的平均浓度为(1.51±1.22)μg·m^-3，占OC的33.2%，表明SOC是PM_2.5...     

生物碳和土壤性质对乙草胺吸附行为的影响

生物碳施加到土壤中可能会影响污染物的环境归趋,而吸附作用是其关键控制因素,为此,本研究考察了400、500和600℃下制备的玉米秸秆生物碳(分别记作CS400、CS500和CS600)和土壤性质对乙草胺吸附行为的影响.结果表明,生物碳和土壤对乙草胺的吸附等温线符合Freundlich模型(R2≥0.99).随着生物碳热解温度的升高(从CS400到CS600),生物碳吸附乙草胺的非线性指数n值减小且logKOC值增大,说明吸附非线性程度和吸附能力增强,这是因为生物碳炭化程度增强(H/C原子比减小),疏水性增强(O/C原子比减小)和比表面积增大而有利于对乙草胺的吸附,吸附机制以表面吸附为主(比如疏水作用、π-ρ EDA作用和孔填充作用).然而,土壤吸附乙草胺的n值(0.95)接近1.0,说明该吸附作用几乎是线性吸附,以分配作用机制为主.3种生物碳对乙草胺的吸附能力都高于土壤,特别是CS600对乙草胺的吸附能力(logKoc)比土壤及文献报道的土壤和沉积物高一个数量及以上,说明生物碳可能会有效保留土壤中的乙草胺而降低其迁移性.     

石墨相氮化碳协同UV-H_2O_2光催化降解亚甲基蓝

以三聚氰胺为前驱体,经热解—回流法制备了石墨相氮化碳(g-C3N4),采用XRD、FTIR、SEM、EDS、PL等技术对g-C_3N_4进行了表征。研究了g-C_3N_4在UV-H_2O_2体系中对废水中亚甲基蓝(MB)的光降解效果。实验结果表明,UV+g-C_3N_4催化剂+H_2O_2体系能协同降解MB,在初始MB质量浓度为20 mg/L、初始废水p H为5、废水体积为250 mL、g-C_3N_4加入量为0.10 g、H_2O_2浓度为0.4 mmol/L、反应温度为25℃的优化工艺条件下,紫外光照射70 min时MB脱色率达98.32%。g-C_3N_4催化剂具有较好的重复使用性能,使用5次后MB脱色率仍保持在95.10%。     

PW_(12)/g-C_3N_4光催化降解甲基橙

采用浸渍法制备了磷钨酸(PW12)/g-C3N4复合光催化剂,并将其用于溶液中甲基橙的光催化降解,运用IR技术对使用前后的光催化剂进行了表征。表征结果显示,PW12和g-C3N4的结构未在浸渍负载中发生改变,且PW12和g-C3N4结合牢固。实验结果表明:最佳的PW12负载量(光催化剂中PW12的质量分数)为50%;光催化降解甲基橙的优化反应条件为初始甲基橙质量浓度5 mg/L、光催化剂加入量0.6 g/L、初始溶液p H=7;在优化条件下,分别采用紫外光、模拟太阳光、可见光照射120 min后,甲基橙的降解率分别为96.59%,82.23%,42.78%;该光催化剂固载良好,使用中不易发生溶脱,稳定性好,可重复使用。     

氯化铜改性石墨相氮化碳吸附剂的脱汞性能

针对燃煤电厂汞污染物排放控制的问题,以尿素为前驱体,通过直接热聚合法制得绒毛状石墨相氮化碳(gC_3N_4),并用于低温条件下吸附脱除单质汞(Hg~0)。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)等手段对吸附剂进行表征。结果表明:未改性g-C_3N_4具有良好的低温脱汞活性,在120°C时其脱汞效率可达84.7%;CuCl_2改性可以有效提高g-C_3N_4的脱汞性能,其脱汞效率在40～200°C范围内均可达到97%以上;温度对吸附剂脱汞效率的影响较小。XPS表征测试结果表明,铜离子和共价态氯原子均参与了单质汞的吸附脱除反应,Hg~0被Cu~(2+)离子和共价态Cl原子氧化成了Hg~(2+)离子,再吸附于g-C_3N_4表面而脱除。CO_2、SO_2和水蒸气对吸附剂脱汞效率影响较小,但水蒸气可提高汞吸附量。     

运用碳氮稳定同位素技术探究中华绒螯蟹与无齿螳臂相手蟹的营养生态位特征

为进一步保护中华绒螯蟹栖息地和种质资源，科学评估长江蟹类的营养关系及资源的可持续开发利用，运用稳定同位素技术分析了在长江靖江、新开沙及狼山沙3个采集区域的中华绒螯蟹和无齿螳臂相手蟹的稳定同位素特征，并根据δ13C、δ15N值分析二者的生态宽幅及营养生态位面积。结果表明：中华绒螯蟹与无齿螳臂相手蟹的δ13C、δ15N值差异均具有统计学意义（P＜0.05）。中华绒螯蟹的δ13C值频率分布相对集中在-25.00‰~-23.00‰；无齿螳臂相手蟹的δ13C值频率分布相对集中在-26.00‰~-24.00‰，表明两种蟹均对某种饵料生物有所偏好，且中华绒螯蟹的δ13C值频率分布范围大于无齿螳臂相手蟹，表明其食物来源更广。中华绒螯蟹与无齿螳臂相手蟹的营养生态位存在重叠，表明二者存在饵料竞争关系。其中靖江江段两种蟹的营养生态位重叠程度最大，表明二者在靖江江段食物竞争最激烈。中华绒螯蟹的δ13C值变幅(CR)、δ15N值变幅(NR)及营养生态位总面积(Ta)均大于无齿螳臂相手蟹，说明中华绒螯蟹对于饵料资源的竞争能力更强。     

三维多孔碳海绵催化臭氧氧化有机染料

针对目前催化臭氧氧化催化剂效率较低、易损失等缺点,通过高温煅烧制备了三聚氰胺碳海绵,以廉价易得的三聚氰胺泡沫直接碳化制备出柔性碳海绵,探讨其在催化臭氧氧化降解印染废水反应中的应用潜力;采用SEM观察、比表面积测定、傅里叶红外光谱和X-射线光电子能谱对碳化前后泡沫进行了表征,探讨了碳化前后泡沫微观结构的变化与催化降解印染废水性能与机理。结果表明:氮气氛围下高温煅烧获得了兼具微孔/介孔结构的三维碳骨架,为催化反应提供充分暴露的活性位点和高效的传质通道;在催化臭氧氧化染料的过程中,973 K下制备的碳泡沫呈现出最为优异的催化活性,显著高于均相臭氧氧化和常规活性炭催化臭氧氧化;自由基捕获实验表明催化过程由羟基自由基(·OH)所主导,超氧自由基(·O_2~-)则发挥了次要作用;富含多孔结构的碳海绵对于活性自由基的生成起到了积极贡献,从而在实际印染废水处理中具有良好的降解性能。研究为开发低成本的三维碳材料用于催化臭氧降解有机污染废水提供了新思路。