臭氧浓度升高对植物源挥发性有机化合物(BVOCs)影响的研究进展

伴随地表臭氧(O_3)浓度在全球范围内的普遍上升,针对植物源挥发性有机化合物(biogenic volatile organic compounds,BVOCs)与地表O_3之间复杂的交互作用,本文综述了O_3浓度升高对BVOCs影响方面取得的研究进展,并对未来研究提出了展望.研究进展主要包括BVOCs应对单因子O_3胁迫的影响因素(如BVOCs种类,植物功能类型,植物O_3敏感性及O_3胁迫程度),以及O_3分别与升温/二氧化碳(CO_2)/干旱/氮(N)沉降等因子复合对BVOCs释放的影响.虽然O_3胁迫不影响BVOCs释放的研究最多,但O_3胁迫的降低作用在异戊二烯和落叶树种的研究中更突出,增加的结果更多地出现在单萜(MTs)、常绿植物和急性熏蒸的实验里. O_3与升温/N沉降复合处理增加MTs释放,O_3与CO_2复合处理降低了异戊二烯释放.鉴于研究样本的稀缺,建议加强该领域研究,同时要考虑短期和长期处理、个体和生态系统水平研究的差异;加强以O_3为主的多因子复合及生物与非生物多重胁迫对BVOCs影响的研究,以便更好评估陆地生态系统BVOCs对当前及未来O_3污染情景的响应,为今后大气污染防治提供有价值的理论支撑.     

成渝城市群臭氧污染特征及影响因素分析

为研究成渝城市群O_3污染特征及其影响因素,对成渝城市群15个城市2015—2016年国控环境监测站点和国家气象台站数据进行了研究.结果表明,研究区域15个城市均存在不同程度的O_3超标现象.2015—2016年成渝城市群O_3污染形势愈发严峻,春末及夏季污染最为严重,且在7月达到O_3浓度峰值(118μg·m~(-3)),O_3污染空间分布呈片状,以资阳为中心的遂宁、眉山、成都等城市为O_3污染较为严重的区域.颗粒物、NO_2及CO均与O_3有显著相关性,其中,颗粒物与O_3浓度在冬季呈负相关,在夏季则表现为正相关.太阳辐射、气温、相对湿度及流场均是影响O_3浓度的重要因子,强辐射、高温及低湿易形成较高浓度的O_3,相对湿度对O_3浓度的影响呈先升后降的关系.     

氧化铟掺杂的氧化镓光催化固氮性能研究

成功将氧化铟掺杂到氧化镓上制备了In_2O_3/Ga_2O_3催化剂,并利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光光谱(PL)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)等表征手段对In_2O_3/Ga_2O_3进行了分析.同时,进一步考察了In_2O_3/Ga_2O_3的光催化固氮性能.结果表明,In_2O_3的引入提高了Ga_2O_3的光吸收性能和氧空位的比例,并且有利于其表面光生电子和空穴的分离.当In_2O_3/Ga_2O_3材料用于光催化固氮时,其最佳In_2O_3掺杂量为2.29%,最佳材料焙烧温度为500℃.最后,研究了空穴捕获剂种类的影响,发现在叔丁醇的体系中,In_2O_3/Ga_2O_3的光催化固氮效率最高.此外,氮源对固氮效果也存在较大影响.以空气作为氮源的光催化固氮过程因存在间接固氮过程,相对于以高纯氮气作为氮源的光催化固氮效率更高.     

臭氧和干旱交互作用对杨树叶片抗氧化酶活性的影响

地表臭氧(O_3)污染和干旱成为严重威胁植物正常生长的主要环境胁迫因子.本文研究3种O_3浓度(CF:过滤空气O_3;NF:未经过滤的环境空气;NF40:NF+40 nmol·mol-1O_3)和2种水分处理(充分灌溉;干旱,60%灌溉)及其交互作用对敏感性杨树品种‘546’(Populus deltoids cv.55/56×P.deltoides cv.Imperial)叶片饱和光合速率、抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量的影响.结果表明,O_3浓度升高显著降低饱和光合速率,干旱处理对饱和光合速率的影响不显著,O_3和干旱的交互作用显著.干旱显著降低过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,且随着处理时间的延长CAT和SOD活性降低显著.处理时间的延长也显著降低抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,增加了可溶性蛋白含量.过氧化物酶(POD)不受O_3、干旱及O_3与干旱交互作用的显著影响.O_3处理以及O_3与干旱的交互作用均未对抗氧化酶活性产生显著影响.该研究结果为应对环境变化背景下O_3浓度升高与干旱加剧对杨树的伤害提供科学依据.     

O_3胁迫对植物叶片光谱特征和叶绿素含量的影响

为了研究空气浓度臭氧(O_3)对木本植物生长的影响,该研究通过对亚热带常见木本植物的实地调查,探索自然状态下对O_3敏感的木本植物种类,利用便携式光谱仪测量叶片的光谱反射率,提取红边位置反射率,分析其受O_3伤害后叶片光谱特征的变化,并结合通用叶绿素-光谱反射率模型计算O_3伤害对叶绿素含量的影响。研究结果表明,亚热带地区有多种木本植物受到了O_3伤害,导致叶片光谱反射率在可见光波段450~680 nm处有明显增高,红边位置极显著地发生蓝移,叶绿素含量极显著降低,说明空气O_3浓度对植物生长已经造成了严重的影响。     

不同载体对催化臭氧氧化降解甲基橙的影响

以偶氮染料甲基橙模拟废水为目标物,采用静态实验对比的方法,分析了活性炭、Al_2O_3和ZSM-5沸石3种载体材料与O_3之间的协同作用,考察了载体种类、pH、自由基抑制剂叔丁醇等因素对甲基橙去除率的影响。结果表明:与单独臭氧氧化和单独载体材料吸附相比,3种载体材料的加入均能明显提高臭氧氧化的效率,并且3种载体在臭氧氧化体系中的作用不同。在中性条件下,活性炭/O_3反应体系中活性炭吸附有机物起主要作用,同时在载体表面发生自由基反应,为Al_2O_3/O_3体系处理效果提高的主要原因;ZSM-5沸石对臭氧催化并不是表面自由基反应的作用,而是作为反应场所促进了臭氧和有机物的表面反应。     

几种高硅质矿物细颗粒的A549细胞毒性对比

以大气颗粒物成分中主要矿物相:石英、绢云母、钠长石和蒙脱石这4种高硅质矿物细颗粒为研究对象,检测其对A549细胞存活率、膜损伤及炎性因子释放的影响,旨在对比分析几种高硅质矿物细颗粒的毒性大小,并从颗粒物物理化学性质角度阐述其细胞毒性作用机制.结果表明,几种硅质细颗粒对A549细胞存活率的影响:蒙脱石绢云母≥石英钠长石.细胞存活率与矿物颗粒样品的SiO_2含量之间相关性较差,与Fe_2O_3含量存在较好相关性,Fe_2O_3含量越高毒性越大.高硅质矿物颗粒共培养环境中H_2O_2释放量与样品中Fe_2O_3含量呈正相关关系.蒙脱石组细胞受H_2O_2影响最大,石英和钠长石组细胞受粉体释放H_2O_2影响较小.所检测的几种高硅质矿物颗粒不同程度地造成细胞膜损伤,且均可触发A549细胞释放TNF-α或IL-6,进一步激发免疫反应的产生,但不同类型的高硅质矿物颗粒促发炎性反应不同.高硅质矿物细颗粒的成分结构并不是影响其生物活性的唯一因素,粉体的外在形态、表面活性基团、溶解性、吸附和离子交换特性等对细胞的存活率、细胞膜损伤、液相自由基的释放及炎性反应的影响同样不容忽视.     

预磁化强化ZnO@Fe3O4活化PMS降解AO7

为了研究预磁化对ZnO@Fe_3O_4活化过一硫酸盐(PMS)去除水中酸性橙7(AO7)性能的影响,考察了预磁化强度、ZnO@Fe_3O_4投量、PMS投量及初始pH对Mag-ZnO@Fe_3O_4/PMS体系降解AO7效果的影响.结果表明,当预磁化强度由0 T逐渐增大至2 T时,催化剂去除AO7的表观速率常数由0.0463 min~(-1)逐渐增大至0.1832 min~(-1),反应速率提高倍数达到1.4～4.0倍; Mag-ZnO@Fe_3O_4和PMS投量的增加对AO7的去除率均有提升效果,在最优条件下反应20 min后AO7的去除率达92%;体系初始pH对AO7降解有显著影响, pH为6～8条件下有利于Mag-ZnO@Fe_3O_4催化PMS氧化反应的进行.通过投加不同种类的猝灭剂,证实了AO7的降解主要是各种自由基共同作用的结果.经过预磁化处理后的催化剂产生感应磁场,从而影响了反应体系中自由基的复合概率,使得污染物被自由基氧化的速率提高.     

金属氧化物降解六氯苯的活性比较及催化机理研究

以氧化铝(α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3)、氧化钙(CaO)、过渡金属氧化物(Mn O_2、α-Fe_2O_3、γ-Fe_2O_3、Ni_2O_3、CuO)为催化剂,考察了催化剂种类、添加比例等因素对六氯苯(Hexachlorobenzene,HCB)降解效果和产物组分的影响.结果表明,催化效果随催化剂添加比例的提高显著增加.在反应温度为350℃,反应时间1 h,金属氧化物添加比例为100∶1的条件下,碱土金属氧化物CaO及过渡金属氧化物中的α-Fe_2O_3和Ni_2O_3降解活性较好,这3种氧化物对HCB的降解率分别达到65.5%、100.0%和100.0%,脱氯率D_1分别为54.4%、81.9%和77.5%.HCB降解有机产物分析结果显示,8种金属氧化物与HCB样品反应产物中均存在低氯代苯,在α-Fe_2O_3和Ni_2O_3的催化作用下有2~4氯代低氯苯检出,说明在降解过程中存在明显的逐级脱氯/加氢反应;与CaO反应后的产物中低氯代苯较少,经拉曼光谱定性分析,有无序碳的检出,说明除了脱氯/加氢还存在脱氯缩合反应.     

基于聚合多巴胺的磁性碳材料的制备及其对甲基绿的吸附

以聚合多巴胺为碳源制备碳材料包覆的磁性纳米颗粒.通过多巴胺的自聚合反应将其包覆在Fe_3O_4纳米颗粒上,在氩气保护下高温灼烧得Fe_3O_4@C复合材料.包覆碳材料后,Fe_3O_4颗粒的稳定性和分散性提高.使用扫描电镜、透射电镜、红外光谱和振动磁强计对材料进行了表征.结果表明成功地制备了核壳结构的Fe_3O_4@C复合材料.用甲基绿来考察Fe_3O_4@C的吸附性能.研究表明,溶液pH对甲基绿的吸附有显著的影响,随溶液pH的升高,甲基绿的吸附容量显著增大.用朗格缪尔吸附等温模型拟合出在纯水、湖水和自来水中Fe_3O_4@C对甲基绿的最大吸附容量分别为490.1、442.5和389.1 mg·g~(-1).热力学研究计算出吸附的吉布斯自由能为负值,说明吸附是自发过程.动力学研究表明甲基绿在Fe_3O_4@C上的吸附过程符合拟二级反应动力学方程,吸附速率较快.     

复合负载型γ-Al2O3-Bi-(Sn/Sb)粒子电极电催化降解四环素废水

以模拟废水中的四环素(TC)和TOC(总有机碳)去除率为研究指标,探讨粒子电极的不同体系对降解四环素废水的影响。同时以浸渍法优化制备不同负载型γ-Al_2O_3粒子电极,并研究了其电催化性能和降解能耗,考察浸渍法和后浸渍法制备粒子电极的优劣。结果表明:三维电解体系对TC的降解效果达到40.1%,明显优于二维体系的29.1%;不同负载型粒子电极对TC的降解效果依次为Bi>Sn/Sb>Ti>Co>Cu>Fe>Mn,其中γ-Al_2O_3-Bi粒子电极对TC和TOC的去除效果最佳,分别为63.8%、36.3%;γ-Al_2O_3-Bi和γ-Al_2O_3-Sn/Sb粒子电极的能耗分别为85.9,90.7 (kW·h)/kg,远低于二维降解体系(205.5 (kW·h)/kg);浸渍法制得的γ-Al_2O_3-Bi-(Sn/Sb)对TC的电解效率明显优于后浸渍法制得的粒子电极,其中前者为78.9%,高出后者约10百分点。     

臭氧液相氧化同时脱硫脱硝实验研究

在自制的鼓泡反应器上对臭氧(O_3)液相氧化分别脱硫脱硝技术进行了实验研究.结果表明,液相中O_3对NO能够有效氧化,SO_2的存在对NO的脱除具有一定的负面影响,而pH值对NO的脱除率影响较小.[O_3]/[NO]=1.1时,NO脱除率可达到89.6%.pH在3～11范围内,NO脱除率达80%以上.温度在20～65℃范围内,NO脱除率不发生明显变化.结合尾部洗涤装置后,可有效脱除SO_2和NOx,脱硫效率几乎达到100%,在[O_3]/[NO]=1.1时,可获得84.2%的脱硝效率.     

O3-BAC深度处理石化废水厂尾水的特性及菌群结构分析

采用连续流O_3-BAC对华北某石化废水处理厂尾水进行了中试处理实验,研究了O_3氧化对COD及UV254处理效果的影响,同时对处理过程中有机物的变化特性及稳定运行30 d时BAC填料中的微生态环境进行了分析.结果表明,在O_3接触时间为40 min,O_3投加量为20 mg·L-1,BAC单元空床停留时间为1.5 h条件下,O_3-BAC工艺出水COD为24 mg·L-1,平均去除率为40.4%,相对于单独BAC工艺去除率提高10.0%,UV254的平均去除率为55.1%,且COD与UV254之间呈一定的相关性,相关系数R2为0.89;O_3氧化后相对分子质量1×103的比例由尾水中的69.0%提高到了87.0%,O_3-BAC工艺中NPOC的去除率为45.8%,较单独BAC工艺提高23.0%,且BAC单元去除的NPOC主要由相对分子质量1×103的组分所贡献;经GC-MS图谱及有机物统计分析,经O_3氧化后烷烃类、不饱和酯类及酚类等有机物得到明显的去除;O_3氧化后BAC单元的微生态环境得到明显改善,其中微生物种类(丰度在1.0%以上)由6种增加到了11种.O_3-BAC工艺可以有效应用于石化尾水的深度处理中.     

DDBD协同MnOx催化氧化降解低浓度甲苯

采用DDBD协同不同前驱物制备MnO_x氧化降解低浓度甲苯,考察催化前驱物对甲苯降解、O_3和NO_x产量的影响。结果表明:特定输入能量为25 J/L时,仅采用DDBD对甲苯降解效率最高可达50. 7%,且产生O_3、NO和NO_2等副产物; MnO_x催化氧化能力为MnO_x(MA)>MnO_x(MS);其中,采用DDBD-15%MnO_x(MA)降解甲苯时最大去除率为97. 5%,NO和NO_2最大去除率分别为80. 0%和43. 7%,CO_x选择性最大值为73. 4%,在尾气中仅有少量的O_3被检测到。     

等离子体场内CeO2催化降解甲醇的表面活性氧物种来源与作用研究

利用水热法制备了3种不同形貌(纳米棒、纳米颗粒、纳米立方体)的CeO_2催化剂,并通过比表面积测试(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱分析(Raman)、O_2程序升温脱附(O_2-TPD)手段表征其物理化学性质,结果发现,CeO_2纳米棒的表面氧空位和氧物种最多.等离子体与催化协同降解甲醇性能评价实验结果显示,CeO_2纳米棒展现出最好的催化性能.进一步设计实验(甲醇-TPD、不同气氛常温催化、催化剂内后置比较、O_3催化氧化)推测在等离子体场内CeO_2表面活性氧物种来源及其作用.结果表明:①在等离子体场内参与CeO_2表面催化反应的活性氧物种有两个来源,一是催化剂本身存在的表面氧物种,二是等离子体区域产生的短寿命物种及长寿命物种(主要是O_3),其中,O_3分解产生的活性氧物种是提高催化性能的主要因素.②不同形貌CeO_2由于表面氧空位含量不同,导致O_3在催化剂上分解产生的活性氧物种的量不同,最终影响等离子体催化性能.     

大气臭氧污染对冬小麦气孔吸收通量的影响机制及其时空格局

近地层臭氧作为一种二次污染物,其不断增加的浓度及其对作物的影响已经成为各国政府和公众关注的焦点.本文以冬小麦为研究对象,基于大田OTC试验,对OTC内气象因子和气孔导度进行连续观测.引进气孔导度模型,并进行本地参数化研究,结合通量模型,研究冬小麦气孔臭氧吸收通量的变化特征,并对江苏省各市冬小麦气孔导度和O_3吸收通量的时空分布进行模拟.结果表明,O_3浓度增加会限制其叶片气孔导度,浓度越高,限制作用越明显;利用修订后的气孔导度模型对冬小麦叶片气孔导度进行模拟,表明模型解释了实测气孔导度90%、77%和83%的变异性.结合通量模型对冬小麦气孔O_3通量进行模拟,则CK(约为53.67 n L·L~(-1))、100 n L·L~(-1)和150 n L·L~(-1)O_3浓度处理下冬小麦在整个O_3熏期的累积吸收通量分别为6.42、12.27和13.90 mmol·m-2;江苏地区冬小麦在其生长季期间O_3浓度呈逐渐增加的趋势,冬小麦平均气孔导度的大小表现为:中期后期前期的时间变化特点,在整个中期时段气孔O_3累积吸收通量最多.     

臭氧对生物活性炭中微生物及出水消毒副产物的影响

为探究饮用水处理过程中臭氧(O_3)对生物活性炭(BAC)中微生物及出水消毒副产物(DBPs)的影响,以饮用水小试装置的O_3-BAC工段开展研究,系统分析在不同O_3浓度下的水质变化,溶解性有机物(DOM)特征,微生物活性和DBPs产生情况.结果表明,O_3对BAC过滤的影响主要表现为提升微生物对DOM的利用效率,但O_3浓度过高会导致出水中蛋白质和微生物代谢产物(SMPs)等有机物增加.当O_3浓度从0 mg·L~(-1)提升到2. 0 mg·L~(-1)时,BAC中微生物存活率从95. 10%降至62. 60%,但O_3将出水中难降解有机物转变为易生物降解物质,使得微生物活性提高了62. 52%,BAC的生物过滤得到强化;当O_3浓度增加到4. 0 mg·L~(-1)时,微生物存活率降至49. 90%,同时微生物产生的蛋白质和SMPs增加,导致含碳消毒副产物(CDBPs)和含氮消毒副产物(N-DBPs)的生成浓度与不通O_3相比分别上升41. 93%和7. 18%,大大增加水体潜在危险.综上,合适O_3浓度有利于O_3-BAC对DOM的去除,O_3浓度过高会导致BAC过滤效果变差并产生新的DBPs前体物.     

Sn-Ce-Sb/γ-Al_2O_3粒子电极体系降解AOⅡ的历程与机理

采用自制的Nd掺杂PbO_2阳极和Sn-Ce-Sb/γ-Al_2O_3粒子,研究了二维电极、γ-Al_2O_3和Sn-Ce-Sb/γ-Al_2O_3填充的三维电极体系对于酸性橙Ⅱ(AOⅡ)的降解性能,利用紫外可见光谱(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)、气相色谱-质谱(GC-MS)对降解产物进行了分析.研究结果表明,Sn-Ce-Sb/γ-Al_2O_3粒子电极体系对AOⅡ具有更优越的电催化氧化性能,TOC去除率相较于二维电极以及γ-Al_2O_3粒子电极分别提高了近1.95和1.70倍,能耗相应降低了41%和25%.根据对产物的分析,提出了Sn-Ce-Sb/γ-Al_2O_3粒子电极体系中AOⅡ可能的降解路径.结合实验结果,通过羟基自由基(·OH)的形成过程分析,进一步提出了该体系中可能存在的反应机理.     

不同基因型杨树的光合特征与臭氧剂量的响应关系

采用开顶式气室装置研究不同臭氧浓度对3种基因型杨树(‘546’、‘90’和‘84K’)光合作用特征的影响.结果表明,随着O_3浓度的升高,净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)、电子传递速率(ETR)、PSⅡ反应中心激发能捕获效率(F'_v/F'_m)、光化学猝灭系数(q P)、PSⅡ实际光化学量子效率(Phi PS2)、叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素总量(Chla+b)和类胡萝卜素(Car)均显著降低,胞间CO_2浓度(c_i)显著升高,气孔导度(G_s)变化不显著.不同基因型杨树各项光合生理指标之间均存在显著性差异,基因型‘546’各项光合指标(除G_s外)与O_3剂量(AOT40,小时O_3浓度大于40nmol·mol~(-1)的累计值)间具有显著的线性相关关系(P0.01),并且光合色素含量随着O_3浓度的升高而显著降低.但高浓度O_3对基因型‘90’和‘84K’光合色素影响不显著.从多数光合特征指标特别是叶绿素总量的O_3剂量线性响应关系来看,基因型‘546’表现出最大的斜率,基因型‘90’次之,基因型‘84K’斜率最小,因而可得知随着O_3浓度升高,三者的臭氧敏感性为‘546’‘90’‘84K’.该研究结果为O_3污染环境下杨树基因型筛选与培育,以及保护杨树免受O_3伤害提供科学依据.     

光照对SO2在矿质氧化物表面非均相反应的影响

使用原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)研究了SO_2在α-Al_2O_3、TiO_2、CaO和α-Fe_2O_3颗粒物表面的非均相反应,考察了紫外光光照(波长约365 nm)对SO_2在不同氧化物表面反应的影响.结果表明,无紫外光照射条件下,SO_2在TiO_2、α-Al_2O_3、CaO颗粒物表面反应的主要产物为亚硫酸盐;有紫外光照射条件下,SO_2在TiO_2、α-Al_2O_3、CaO颗粒物表面反应的主要产物为硫酸盐;但紫外光照射对SO_2在α-Fe_2O_3表面的反应并没有明显的影响.推测机理可能是光照促进了颗粒物表面的亚硫酸盐向硫酸盐的转化.