广西炭质岩石耐崩解性与微观结构特征试验研究

为研究广西地区炭质岩石的耐崩解性及其微观结构特征,通过室内耐崩解性试验、筛分试验、总有机碳(TOC)含量测定和微观扫描电镜分析等方法,研究了炭质岩石耐崩解指数(I_(dn))和崩解分维数(D)随干湿循环次数的变化规律,分析了炭质岩石耐崩解指数和崩解分维数与TOC含量之间的相关关系,并通过对比浸水前后炭质岩石微观结构的变化特征,探讨了其遇水崩解的微观机理。结果表明:(1)炭质岩石的耐崩解指数与干湿循环次数呈负相关关系,6次干湿循环后观察到炭质岩石中大量碎石和黏土矿物的溶解,炭质岩石的耐崩解指数随黏土矿物含量的增加而降低,采用指数函数形式可较好地描述这一相关关系;(2)炭质岩石的崩解分维数随干湿循环次数的增加而逐渐增大,4次干湿循环后炭质岩石的崩解分维数趋于稳定并达到最大值,炭质岩石中崩解分维数和耐崩解指数与TOC含量之间分别呈正、负相关关系,但在TOC含量为2.5%附近相关关系变化速率的差异明显;(3)水分浸入会破坏炭质岩石的致密结构,岩石颗粒表面产生黏土矿物晶体团粒,使颗粒间孔隙增大,黏土矿物的溶解和差异膨胀是影响炭质岩石崩解的主控因素。     

绿泥石缺失条件下盖层封闭性的变化规律

为进一步探究绿泥石对CO2-水-岩石相互作用的影响,结合鄂尔多斯盆地深部地层的黏土矿物组成,利用先进的数值模拟软件TOUGHREACT,研究了绿泥石缺失条件下盖层封闭性的变化规律,并揭示了其封闭性变化的机理。结果表明:绿泥石缺失使盖层中的地球化学反应发生了极大的变化,矿物体积分数的变化量减小,盖层的自溶蚀效应减弱;矿物的化学行为(由沉淀为主转化为以溶解为主或由溶解为主转化为以沉淀为主)发生了逆转;CO2-水-岩石的地球化学进程大幅减缓;CO2的矿化捕集作用明显减弱,且CO2矿化捕集量一直小于0,不利于CO2地质封存。     

黏土矿物组合类型对盖层封闭性的影响

在CO2地质封存中,封存的安全性备受关注。本文根据我国主要含油气盆地盖层中黏土矿物的组合特征,总结了5种常见的盖层黏土矿物组合类型,并以鄂尔多斯盆地为例,运用Toughreact软件建立了一维储盖层模型,研究了不同黏土矿物组合类型对盖层的溶蚀与自封闭效应的影响。结果表明:黏土矿物组合类型不同,引起的CO2-水-岩石的地球化学反应不同,导致盖层渗透率发生不同程度的变化,从而影响盖层的封闭性;ISCK、ISK组合以自溶蚀作用为主,尤其是ISCK组合自溶蚀效应最严重,不利于CO2的地质封存;ISC、IKC、IC组合以自封闭作用为主,其中IC组合渗透率最大减小14%,对盖层的封闭性有积极的意义。在此基础上,对我国南方5个盆地盖层的封闭性进行了初步评价,以期为我国盆地CO2地质封存的适宜性评价提供参考。     

石河子市土壤环境磁学特征及空间分布研究

以干旱区新兴绿洲城市石河子市为研究区,采集80个(0~10 cm)表层土壤样品,运用环境磁学方法,对土壤磁性矿物的含量、组成和粒度等参数进行了详细测定和分析.结果表明,石河子市表层土壤磁性特征以亚铁磁性的多畴磁铁矿或磁赤铁矿为主导,同时伴有少量的不完全反铁磁性矿物;从空间分布来看,亚铁磁性矿物含量表现为北部新城区>中心城区>郊区农用地;而磁性矿物颗粒粒度大小依次为北部新城区>郊区农用地>中心城区.磁性矿物的高浓度区与大多数工厂的分布具有一致性;但重化工业集中区(N1~N7)却表现为磁性矿物浓度较低,同时磁性颗粒粒径较大.在研究区内质量磁化(χLF)、饱和等温剩磁(SIRM)和软剩磁(SOFT)是指示工业所在区的有效磁性参数指标,而在化工业集中区需结合磁性粒度参数χFD%进行判别.     

红层细碎屑岩遇水崩解微观机理的试验研究

为研究红层细碎屑岩遇水崩解的微观机理及其演化过程,选取湖南省桑植县满家坡滑坡红层基岩开展了耐崩解试验,并对不同崩解循环后的红层细碎屑岩进行了X射线衍射(XRD)试验和扫描电镜(SEM)试验,分析了不同崩解循环中红层细碎屑岩的物质组分和微观结构的变化。结果表明:①红层细碎屑岩遇水崩解时物质变化主要表现为碎屑组分的相对增加和胶结物组分、黏土矿物组分的相对减少;②红层细碎屑岩的微观结构变化可通过岩石颗粒球度R、磨圆度P_S和孔隙率P_O等参数刻画,崩解时红层细碎屑岩内部的微观结构保持不变,而红层细碎屑岩表面颗粒的球度R和岩石表面的孔隙率P_O相较内部上升,红层细碎屑岩表面颗粒的磨圆度P_S相对下降;③红层细碎屑岩遇水崩解的微观结构演化过程主要包含填隙物脱落、岩石表面孔隙增大、矿物颗粒联结力下降、颗粒破碎脱落等系列过程,这一过程的反复进行最终导致了红层细碎屑岩宏观结构上的破坏。该研究可为完善红层细碎屑岩崩解机制和揭示红层滑坡破坏机理提供新的思路。     

表层沉积物主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性与贡献

考察表层沉积物中主要矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性,能够更清楚地解释Mn(Ⅱ)在沉积物-水界面上的迁移转化机理. 以山东省即墨市王圈水库表层沉积物为例,采用化学选择性萃取方法将表层沉积物的主要矿化组分(Fe氧化物、Mn氧化物、有机质和黏土矿物)进行分离,研究这些矿化组分对Mn(Ⅱ)的吸附特性和贡献. 结果表明,表层沉积物中w(有机质)、w(TE-Fe)和w(TE-Mn)(TE-Fe、TE-Mn分别为总可萃取态Fe、Mn氧化物)分别为16.23、10.12和1.771 mg/g. Langmuir和Freundlich吸附等温方程均能较好地描述表层沉积物及其主要矿化组分吸附Mn(Ⅱ)的过程,Langmuir吸附等温方程拟合效果更好,相关系数达0.95以上. E-Mn、E-Fe(E-Mn、E-Fe分别为可萃取态、锰、铁氧化物)、有机质和黏土矿物对Mn(Ⅱ)的吸附能力分别为77 852.5、38 764.0、17 704.5和44.0 mg/g. 由于各主要矿化组分在表层沉积物中含量的差异,因此有机质的吸附贡献最大,为2.24 mg/g;其次是E-Fe和黏土矿物,分别为1.91和1.22 mg/g;E-Mn为0.62 mg/g.      

大气可吸入颗粒物(PM_(10))单颗粒硫化特征

使用SEM/EDX对哈尔滨市夏季不同时段采集的可吸入颗粒物单个矿物颗粒的成分和硫化特征进行研究.结果表明,哈尔滨市夏季PM10中可以鉴定出的矿物有29种,其中黏土矿物所占比例超过了40%;中午时段内的样品几乎没有发生硫化,但早晚时段内采集的样品具有普遍的硫化现象,且黏土矿物发生硫化的几率最高,样品S/Ca的平均比值为1.0,是中午时段样品S/Ca值的73倍,不同时段、气象条件下样品的硫化程度不同,显示其硫化机制各不相同;按矿物的元素含量不同,矿物颗粒分为5种类型:"富Si"、"富Ca"、"富S"、"富Fe"、"富Mg",显示矿物颗粒主要来自地壳源;各时段样品中的矿物颗粒具有同源性,说明早晚时段样品中富含的S只能是大气二次化学反应的结果,且规则石膏颗粒主要是由方解石等碳酸钙盐矿物发生的硫化作用形成的.     

可吸入性超细石英粉尘在模拟人体体液中溶解特性

为研究石英颗粒被吸入人体后在体内的溶解行为,以Gamble溶液模拟人体体液环境,研究了粒径中值d50为2.8μm的石英粉尘在3个酸度的Gamble溶液中溶解特性.结果表明,石英颗粒中Si的溶出量随溶解时间的延长,不断增大,但在较强的酸性环境下,存在一定程度的溶解抑制.SEM观察发现,超细石英颗粒在Gamble溶液中表面被溶蚀,表面和边壁均出现了不同程度的凹蚀、脱皮现象,但颗粒内部溶蚀现象不明显.FTIR结果表明,超细石英颗粒表面经Gamble溶液溶蚀后其Si-O-Si反对称伸缩振动发生一定程度的改变.XRD物相表征显示超细石英颗粒溶蚀前后物相特征无明显变化,但Rietveld结构精修结果表明溶解后超细石英颗粒晶胞参数和晶胞体积均有压缩,可见颗粒表面硅可能由结晶的有序结构转化为无定形结构,后溶解于体液中.超细石英颗粒在模拟人体体液中溶蚀现象显著,但未引起整个颗粒晶体结构的崩塌,颗粒表面溶解于体液中,引起pH值增大并趋于稳定于偏碱性环境,可吸入性超细石英颗粒溶蚀后暴露出的新鲜表面以及溶解于体液中的硅对人体健康造成潜在的严重威胁.     

金盆水库沉积物磷的来源及分布特征

为探究分层型水源水库沉积物中磷的来源与分布特征,以西安金盆水库为对象,针对2017年3～11月金盆水库水体、沉降颗粒及沉积物柱状样品总磷(TP)含量及形态分布特征进行研究.结果表明,金盆水库主库区表层沉积物总磷含量及形态分布受水体颗粒磷(PP)沉降作用明显,相关系数r~2=0. 877 5;同时表层沉积物总磷含量还受到沉积物内部生物地球化学的共同作用. 6～8月金盆水库水体藻类剧烈繁殖演替,繁殖过程中大量失去活性、死亡的藻类不断向底部水体沉积,形成以藻类等颗粒磷为主导的内源污染,沉降颗粒总磷含量达(753. 51±17. 11) mg·kg~(-1),表层沉积物总磷含量随之增加,以铁铝结合态非活性磷(NaOH-nrP)为主; 9～11月进入汛期,径流水体携带大量泥沙等负荷较大的污染物汇入水库,使得水体颗粒磷浓度相应增大,然而由于单位质量泥沙中总磷含量占比较小,导致径流过程中表层沉积物总磷含量逐渐降低,泥沙径流过程中颗粒磷以无机态的钙磷(Ca-P)和残渣态磷(rest-P)为主,二者约占沉积物总磷(TP) 55. 8%～66. 2%,受颗粒沉降影响相对较大.活性磷(SRP)、铁锰螯合态磷(BD-P)和铁铝结合态活性磷(NaOH-srP)这3种形态磷较活跃,在环境条件的变化(主要是氧化还原条件)下发生一系列迁移转化,受沉积物内部生物地球生物化学过程作用明显.     

不同岩性试片溶蚀速率差异及意义

评价岩性对溶蚀速率的影响有助于提高岩溶碳汇强度估算精度,对当前全球气候变化研究意义重大。本文通过在山西晋中盆地西南,吕梁山东侧的半干旱岩溶区典型小流域开展标准试片与当地试片的对比溶蚀试验研究,结果显示当地试片的溶蚀速率(0.122 3~0.532 8mg/(cm2·a)和岩溶碳汇强度(1.713tCO2/(km2·a))明显小于标准试片(0.254 7~0.551 1mg/(cm2·a)和1.821tCO2/(km2·a)),表明使用标准溶蚀试片法会使岩溶碳汇强度被高估。当地试片的溶蚀速率与酸不溶物含量呈负相关关系,进一步表明当地试片酸不溶物含量(2.58%~10.86%)大于标准试片(3%)是造成其溶蚀速率和岩溶碳汇强度小于标准试片的重要原因。也就是说,由于埋放地地层岩性与标准溶蚀试片岩性特征存在差异,不同地区均采用埋放标准试片的溶蚀实验方法来研究岩溶碳汇效应会产生较大的误差。因此,为了更加精确的计算岩溶碳汇量,后期研究中有必要使用埋放地的岩性试片来替代标准溶蚀试片。     

Water uptake of multicomponent organic mixtures and their influence on hygroscopicity of inorganic salts

The hygroscopic behaviors of atmospherically relevant multicomponent water soluble organic compounds(WSOCs) and their effects on ammonium sulfate(AS) and sodium chloride were investigated using a hygroscopicity tandem differential mobility analyzer(HTDMA) in the relative humidity(RH) range of 5%–90%. The measured hygroscopic growth was compared with predictions from the Extended-Aerosol Inorganics Model(E-AIM) and Zdanovskii–Stokes–Robinson(ZSR) method. The equal mass multicomponent WSOCs mixture containing levoglucosan, succinic acid, phthalic acid and humic acid showed gradual water uptake without obvious phase change over the whole RH range. It was found that the organic content played an important role in the water uptake of mixed particles.When organic content was dominant in the mixture(75%), the measured hygroscopic growth was higher than predictions from the E-AIM or ZSR relation, especially under high RH conditions. For mass fractions of organics not larger than 50%, the hygroscopic growth of mixtures was in good agreement with model predictions. The influence of interactions between inorganic and organic components on the hygroscopicity of mixed particles was related to the salt type and organic content. These results could contribute to understanding of the hygroscopic behaviors of multicomponent aerosol particles.     

大气颗粒物吸湿性研究

大气颗粒物吸湿性是反映颗粒物理化性质的重要指标,吸湿性研究对深入了解颗粒物的环境和健康效应具有重要意义. 总结了国外近年来大气颗粒物吸湿性研究进展:①典型的大气颗粒物吸湿性分析方法为H-TDMA(吸湿性串联差分电迁移率粒径分析仪)系统及其优化方法. ②大气颗粒物吸湿性呈单峰、双峰甚至多峰分布;根据G_f(吸湿性生长因子)随粒径变化的模式,可将大气颗粒物分为强吸湿性和弱吸湿性2类,也可分为纯不溶性、混合不溶性、混合可溶性和纯可溶性4类. ③城市背景点颗粒物的G_f比城市观测点高;城市观测点的颗粒物G_f分布呈夏季高、冬季低,白天高、晚上低的特征. ④颗粒物吸湿性与其化学组成和形态密切相关,纯可溶性盐颗粒物的G_f通常较高. ⑤柴油燃烧源新排放的颗粒物属于弱吸湿性颗粒物,G_f非常小,但在其表面老化后或随燃料中硫含量的增加G_f会明显变大. ⑥生物质燃烧排放颗粒物的G_f相对较高,但存在区域差异性. 针对国内大气颗粒物吸湿性研究现状,提出了未来重点研究方向.      

土壤起尘悬浮颗粒物中铅赋存特性模拟

为了探索土壤起尘后悬浮颗粒物对铅的携带特性与其矿物组成、粒径尺寸之间的关联,揭示土壤起尘矿物特性及其重金属污染赋存行为,并为雾霾矿物基源特性分析及后期治理提供理论参考.通过对土壤样品进行铅污染预处理,在实验室系统内模拟风速条件下进行起尘试验,利用悬浮颗粒采样仪对经过风吹起尘后的悬浮颗粒物（TSP）、吹前表层土、吹后表层土、吹后地表土及不同粒径悬浮颗粒物进行了收集,并对悬浮颗粒物、吹前表层土、吹后表层土、吹后地表土及不同粒径悬浮颗粒物中铅的赋存状态及矿物组成与含量进行了分析.结果表明:①土壤经过风吹起尘后,悬浮颗粒物中w（Pb）为2.584 mg/g,吹前表层土中w（Pb）为0.916 mg/g,悬浮颗粒物中w（Pb）约是吹前表层土中w（Pb）的3倍;②不同粒径悬浮颗粒物上的w（Pb）各不相同,＞10.2 μm的粒径中w（Pb）为1.716 mg/g;＞4.2~10.2 μm的粒径中w（Pb）为2.720 mg/g＞2.1~4.2 μm的粒径中w（Pb）为3.937 mg/g＞1.4~2.1 μm的粒径中w（Pb）为5.442 mg/g,w（Pb）随着粒径的增加而减小;③随着悬浮颗粒物粒径的减小,黏土矿物（伊利石+绿泥石）的含量在不断的增加.研究显示,土壤起尘过程是对Pb的一种高于本底浓度的迁移过程;起尘颗粒物中w（Pb）随着悬浮颗粒物的粒径的减小而增加,呈负相关;w（Pb）与黏土矿物（伊利石+绿泥石）含量在不同粒径悬浮颗粒物上的变化规律具有一致性,呈正相关,黏土矿物（伊利石+绿泥石）对Pb具有较好的吸附性.      

生活垃圾堆肥对难溶性磷有效性的影响

生活垃圾在堆肥过程中将产生有机酸类物质,这些酸性物质对难溶性磷具有较强的溶解能力.本研究在生活垃圾堆肥过程中,加入难溶性磷矿粉,系统探讨堆肥对难溶性磷的转化及堆肥产品对磷素有效性的影响.研究表明,速效磷在堆肥中后期达到最大值,并在堆肥的后期相对稳定,堆肥结束后,扣除磷矿粉本身含有的速效磷对堆肥的影响,与不加磷矿粉堆肥相比,P₁、P₂堆肥处理方式速效磷含量增加值分别为0.87 g·kg^-1、0.76 g·kg^-1.电镜观察表明,堆肥结束后,磷矿粉表面棱角消失,呈蜂窝状.堆肥产品培肥后,富磷垃圾肥在作物生育期内,土壤速效磷含量、酸性磷酸酶活性均高于垃圾肥、腐熟鸡粪及化肥.     

Effect of lubricant sulfur on the morphology and elemental composition of diesel exhaust particles

This work investigates the effects of lubricant sulfur contents on the morphology, nanostructure, size distribution and elemental composition of diesel exhaust particle on a light-duty diesel engine. Three kinds of lubricant (LS-oil, MS-oil and HS-oil, all of which have different sulfur contents: 0.182%, 0.583% and 1.06%, respectively) were used in this study. The morphologies and nanostructures of exhaust particles were analyzed using high-resolution transmission electron microscopy (TEM). Size distributions of primary particles were determined through advanced image-processing software. Elemental compositions of exhaust particles were obtained through X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS). Results show that as lubricant sulfur contents increase, the macroscopic structure of diesel exhaust particles turn from chain-like to a more complex agglomerate. The inner cores of the core-shell structure belonging to these primary particles change little; the shell thickness decreases, and the spacing of carbon layer gradually descends, and amorphous materials that attached onto outer carbon layer of primary particles increase. Size distributions of primary particles present a unimodal and normal distribution, and higher sulfur contents lead to larger size primary particles. The sulfur content in lubricants directly affects the chemical composition in the particles. The content of C (carbon) decreases as sulfur increases in the lubricants, while the contents of O (oxygen), S (sulfur) and trace elements (including S, Si (silicon), Fe (ferrum), P (phosphorus), Ca (calcium), Zn (zinc), Mg (magnesium), Cl (chlorine) and Ni (nickel)) all increase in particles.     

软水中EPS对铜管/硅酸盐体系溶解性铜释放影响

以海藻酸钠模拟水体中的EPS,研究了软水体系中海藻酸钠对铜管,硅酸盐体系缓蚀效果的影响.结果表明,当有低浓度海藻酸钠存在时,体系中的溶解性铜浓度显著增加,且老化1 a的铜管溶解性铜释放浓度明显高于老化3 a和10 a的铜管,释放溶解性铜浓度大小顺序为c1a>c3a>c10a;但随着海藻酸钠浓度的增加,老化1 a的铜管的溶解性铜释放浓度增加,而3 a和10 a铜管的溶解性铜释放浓度减小,表明水体中EPS的存在降低硅酸盐对铜管的缓蚀效果.在pH值7.5和海藻酸钠为16mg/L条件下,不同停留时间溶解性铜释放呈现逐渐增加-降低-逐渐增加的趋势,表明海藻酸钠、硅酸盐、铜离子和管壁进行了复杂的相互作用.在低pH值条件下,海藻酸钠对铜管溶解性铜释放影响更加显著,随着pH值增加和铜管老化时间延长,其溶解性铜释放浓度降低,表明海藻酸钠对溶解性铜释放影响降低.     

某东南沿海电厂钢结构腐蚀影响因素分析

目的 对比腐蚀环境因子分布和钢结构腐蚀事件分布,分析影响火力发电厂钢结构腐蚀的主要环境因素,探讨火力发电厂钢结构腐蚀的机理。方法 以东南沿海某火力发电厂为例,对电厂厂区进行网格化,利用便携式温湿度计进行逐网格温、湿度监测,逐网格收集结构物表面灰尘,并分析其中氯离子、可溶盐、酸碱含量等,开展腐蚀环境监测。统计从2012年至2022年10年间该电厂每一网格内的腐蚀防护工程,如腐蚀防护器件、装备、材料购置等项目的施工或应用次数。结果 温度、湿度及钢结构表面灰尘中氯离子含量、可溶盐含量、灰尘浸渍水p H等因子受海洋环境、厂区结构分布、生产活动多重原因的影响,随距海距离增加呈带状分布,或围绕生产设施点呈辐射分布。结论 环境因子对钢铁结构腐蚀的影响大小顺序为结构物灰尘含盐量>结构物灰尘浸渍水p H>相对湿度>结构物灰尘氯离子含量>温度。电厂钢结构腐蚀机理为雨水或大气凝结水溶出结构物表面灰尘的可溶性盐,含盐水经涂层缺陷输运至金属表面,成为钢铁腐蚀原电池的离子导路,导致钢结构发生电化学腐蚀。     

外源水对碳酸盐侵蚀速率研究——以桂林毛村地下河为例

本文对桂林毛村地下河流域,进行了野外监测与室内分析研究,详细研究了外源水与岩溶水对碳酸盐岩侵蚀速率差异。研究结果表明,碳酸盐岩在岩溶水与外源水中的侵蚀速率存在较大差异,雨季碳酸盐岩侵蚀速率:外源水外源水补给的岩溶水岩溶水空气;旱季碳酸盐岩溶蚀速率:外源水外源水补给的岩溶水空气岩溶水;外源水中的灰岩侵蚀速率白云岩侵蚀速率;碳酸盐岩试块的侵蚀速率具有明显的季节变化,主要受控于方解石饱和指数、pH值与水动力条件。     

黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物记录的古气候信息

伊犁地区位于我国新疆地区西北部,为天山山脉环绕。区内降水自西向东递增,而温 度则由于海拔高度的抬升而逐渐降低。上述地理环境有利于分析和探讨温度和降水与黄土沉积 物中次生细粒强磁性颗粒数量之间关系。本研究在伊犁河谷西部地区,对不同海拔高度黄土表 层沉积物进行样品采集。环境磁学分析结果显示：黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物含量与降 水量之间存在很好的正相关关系,而与温度之间存在反相关关系。结合黄土高原的研究结果可 以发现：温度对黄土沉积物中次生细粒强磁性矿物的数量影响微弱,降水是控制其含量的主要 因素;即：在黄土古气候研究中,次生细粒强磁性矿物的磁化率可以作为古降水量的代用指标, 但对温度变化不敏感。     

滇池流域荒台地植被恢复工程控制面源污染生态机理

利用标准径流小区技术研究了滇池流域荒台地植被恢复工程对水土及氮磷面源污染物控制效应,用枝叶吸附水量和土壤入渗特征指标评价了恢复的植被树冠截留和径流控制能力,分析了植物枝叶形态特征差异与树冠截留,人工植被恢复与径流调控的关系.结果表明,圣诞树、旱冬瓜和香根草对地表径流、土壤侵蚀及氮磷流失具有良好的控制作用.树冠截留能力强、土壤水库容量大的人工植被系统将导致地表径流、土壤侵蚀、氮磷流失显著减少.叶子小、无角质化、表面粗糙、有表皮毛、含水量低、生物量高,枝表面呈中等粗糙、不分泌脂类物质的植物,具有较高的鲜重吸附水率,能增加人工植被树冠截留.整地过程、植物根系生长和林隙灌草丛的自然恢复改善了荒台地土壤入渗性能,减少了地表径流,最终减轻了面源污染负荷.