海藻酸钠-改性碳纤维复合材料对水中Cd~(2+)的吸附研究

采用海藻酸钠与改性聚丙烯腈基碳纤维(PAN-CF)制作复合材料吸附去除水溶液中的Cd~(2+),考察不同吸附时间和溶液pH对Cd~(2+)吸附效果的影响。结果表明,改性后PAN-CF的表面官能团增加,表面能提高,相比于未改性PAN-CF制备的复合材料,改性PAN-CF能够缩短复合材料对Cd~(2+)的饱和吸附时间,增加Cd~(2+)饱和吸附量,随着溶液pH的升高,复合材料对Cd~(2+)的吸附量呈先增加后下降的趋势,pH=6时Cd~(2+)的吸附量最大,为162.8mg/g。     

不同热解温度下污泥基生物炭的性质及对Cd~(2+)的吸附特性

以市政污泥为原料,在300、500和700℃无氧气氛下热解制备污泥基生物炭,探讨不同热解温度对污泥基生物炭性质的影响,研究污泥基生物炭对水溶液中重金属Cd~(2+)的吸附特性。结果表明,随着热解温度升高,污泥基生物炭的产率降低,pH值增大,碳、氢、氧和氮含量降低,芳香化程度增强,亲水性和极性降低,稳定性增强;随热解温度的升高,比表面积不断增大,生物炭表面变得粗糙并且出现明显的孔隙,但平均孔径呈现先增大后减小。在700℃下制备的污泥基生物炭对水溶液中Cd~(2+)的吸附效果优于其他制备温度下获得的生物炭,温度为298.15 K时,最大吸附容量为27.47 mg·g~(-1)。污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附动力学符合准二级动力学方程模型,吸附速率主要由化学吸附控制。污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附表现为快速吸附过程,生物炭前10 min的吸附量超过饱和吸附量的80%。Langmuir吸附等温模型能很好的描述污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附行为,吸附容量随热解温度升高而增大。     

改性硅酸钙对Cd2+的吸附性能及其对Cd污染土壤的修复潜力

通过吸附-解吸实验和土柱淋溶实验,研究了改性硅酸钙对镉(Cd~(2+))的吸附性能及对Cd污染土壤的钝化效果。结果表明,改性硅酸钙对Cd~(2+)有较强的吸附能力,其吸附平衡时间在60 min左右,对溶液pH有较宽的适应范围,且当pH呈中性时,对Cd~(2+)的吸附效果最好。由Langmuir模型拟合结果可知,改性硅酸钙对Cd~(2+)的饱和吸附容量可达441.55 mg·g-1。改性硅酸钙对Cd~(2+)有较好的吸附稳定性,适合用于Cd污染土壤的修复。土柱淋溶实验表明,改性硅酸钙对Cd污染土壤的钝化效果明显,不仅降低淋溶液Cd~(2+)含量,使淋溶液Cd~(2+)累积量显著降低47.01%,还使土壤CaCl2-Cd浓度显著降低94.4%,并促使土壤易溶态Cd向难溶态Cd转变。     

不同热解温度污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性

采用剩余污泥为原料,分别于300、400、500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,利用X射线能谱仪(EDS)、环境扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)对其进行表征,并探究不同吸附时间,不同pH和不同Pb~(2+)、Cd~(2+)浓度下污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附特性,以期拓展污泥资源化利用途径。结果表明,准二级动力学方程能更好地描述污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附过程,约30 h达到平衡,其吸附主要受化学吸附控制。随溶液初始pH的升高,重金属的吸附量呈先增高后降低趋势,在pH 4.5时对Pb~(2+)的吸附量最大,而Cd~(2+)在pH 6.5时最大。在25℃时,低温热解制备的污泥生物炭对Pb~(2+)、Cd~(2+)的吸附量为RC500RC400RC300,RC500的饱和吸附量分别为Pb~(2+)(14.39 mg·g~(-1))Cd~(2+)(1.45 mg·g~(-1)),污泥生物炭对重金属离子的吸附量与其水合离子半径呈负相关。     

柠檬酸对褐土中DTPA提取态铜、镉含量及对紫花苜蓿吸收铜、镉的影响

为了阐述有机酸对土壤中重金属生物有效性的影响,通过盆栽实验,研究了Cu、Cd复合污染下柠檬酸对褐土中二乙基三胺五乙酸(DTPA)提取态铜和镉含量的影响,并探讨了柠檬酸对植物吸收铜、镉的影响。结果表明,土壤中DT-PA-Cu含量随柠檬酸添加量的增加而减小,添加高浓度铜(Cu 1 000)处理中,DTPA-Cu含量减小更明显。在添加低铜浓度(Cu600)处理下,柠檬酸添加量为2和12 mmol/kg时,土壤DTPA-Cu含量随土壤镉含量的增加而增加,而柠檬酸含量为5mmol/kg时,DTPA-Cu含量在低镉处理(Cd 1)时含量最低。紫花苜蓿中铜含量随柠檬酸添加量的增加明显降低。土壤中DTPA-Cd含量随柠檬酸添加量的增加而减小,且随铜添加量的增加而降低。紫花苜蓿中的镉含量随柠檬酸添加量的增加先增加后减小;在相同柠檬酸添加量处理时,紫花苜蓿中镉的含量随镉含量的增加而增加;在低镉处理下,铜的加入对较低柠檬酸浓度时紫花苜蓿镉含量影响不明显,但柠檬酸浓度为12 mmol/kg时,紫花苜蓿中镉含量随铜添加量的增加而明显增加。     

蚓粪腐殖酸对Cd2+的吸附作用研究

以蚯蚓粪中提取到的腐殖酸为研究材料,采用傅里叶变换红外光谱仪分析了蚓粪腐殖酸的功能基团组成,考察了pH、Cd~(2+)初始浓度和吸附时间对蚓粪腐殖酸吸附Cd~(2+)的影响,得到蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的最佳吸附条件。研究结果表明:蚓粪腐殖酸的红外光谱特征吸收峰主要位于3 300～3 600cm-1,主要功能基团为羧基、羟基和胺基;pH小于4.0时,蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的吸附效果较差,近中性条件下吸附效果最佳;Cd~(2+)初始浓度对吸附效果影响较大,Langmuir模型模拟得到Cd~(2+)的最大饱和吸附量为4.47mg/g;蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)的吸附作用较为稳定,吸附40min后基本达到饱和;蚓粪腐殖酸对Cd~(2+)有较强的吸附能力,为土壤Cd~(2+)污染修复提供参考。     

钝顶螺旋藻和小球衣藻富集Cd~(2+)

为了探究我国北方水体中藻类对Cd~(2+)的富集行为,选取常见的蓝藻(钝顶螺旋藻)和绿藻(小球衣藻),模拟天然藻类对Cd~(2+)的吸附和吸收,研究藻液浓度、时间、pH值、温度、共存阳离子类型对富集过程的影响。结果发现:2种藻对Cd~(2+)的富集性能优于活性炭,富集量高出2~17倍左右。藻对Cd~(2+)的富集率随着藻液浓度的增加而升高,而单位富集量则呈现下降趋势;8 h后富集达到饱和;当pH值在3.0~9.0范围内,富集量随着pH值的升高而增加;在室温25℃时富集量最高,低温或高温时富集量都有明显下降;Fe3+对钝顶螺旋藻富集Cd~(2+)几乎没有影响,但对小球衣藻有拮抗作用,Na+、Ca~(2+)对2种藻类富集Cd~(2+)均表现为拮抗作用,且价态越高,拮抗作用越明显。因此,在适宜的环境中,钝顶螺旋藻和小球衣藻对Cd~(2+)具有良好的富集效果。     

狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)与Pb~(2+)的吸附及机理分析

为了解狭叶香蒲(Typha angustifolia L.)活性炭的吸附性能及其机理,采用磷酸一步活化法制备了狭叶香蒲活性炭,并对其理化性质进行了表征;通过静态实验,研究了溶液起始pH、Cd~(2+)和Pb~(2+)浓度、吸附时间、温度、活性炭剂量对狭叶香蒲活性炭吸附水溶液中Cd~(2+)和Pb~(2+)的影响。狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)和Pb~(2+)的吸附量随溶液起始pH与温度的增加而增加,吸附平衡时间约为10 min;热力学分析表明,吸附过程自发而且吸热,吸附动力学实验结果符合拟二级动力学模型,Langmuir吸附等温模型能更好地拟合狭叶香蒲活性炭对Cd~(2+)的吸附,Pb~(2+)的平衡吸附量与Freundlich模型的拟合性更好。25℃条件下,由Langmuir线性模型拟合得到的Cd~(2+)和Pb~(2+)最大吸附量Qm分别为83.33和116.28 mg/g。狭叶香蒲活性炭的理化性质分析表明,活性炭表面凹凸不平、多孔,比表面积为780.42 m2/g、孔容23.29 m L/g、平均孔径3.14 nm;活性炭含有羟基、磷酸基、CC键等,等电点为3.3。结果表明,狭叶香蒲活性炭是Cd~(2+)和Pb~(2+)吸附的有效吸附剂,吸附过程包括静电吸附、离子交换等。     

翅碱蓬-沙蚕对土壤中Pb的生物可利用性影响研究

用中国北方滩涂湿地优势植物翅碱蓬(Suaeda heteroptera)和潮间带常见物种沙蚕(Nereis succinea)联合处理大连市黑石礁黄海潮间带模拟Pb污染土壤。结果表明,翅碱蓬和沙蚕联合作用,能对Pb~(2+)质量浓度在800mg/kg以下的土壤起到残渣态向可交换态转化的作用,使生物可利用性提高。翅碱蓬和沙蚕联合起协同作用,能显著提高生物体对土壤中总Pb的吸收速率,两者对Pb~(2+)质量浓度800mg/kg以下的土壤30d内都有富集能力,总吸收速率常数随土壤中Pb~(2+)浓度的增大而增大。     

羟肟酸功能化PMMA/AM/HOA的合成及对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附性能

用悬浮聚合法合成了甲基丙烯酸甲酯(MMA)与丙烯酰胺(AM)的共聚物PMMA/AM,再经羟胺改性制备了含羟肟酸功能基的改性PMMA/AM/HOA树脂。通过红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)对PMMA/AM/HOA树脂的结构和稳定性进行了表征。以PMMA/AM/HOA为吸附剂,考察了温度、吸附时间、pH值和金属离子浓度等条件对Hg~(2+)、Cd~(2+)两种金属离子吸附性能的影响。结果表明,改性树脂对Hg~(2+)、Cd~(2+)具有良好的吸附能力,其实验吸附量分别为0.822和0.384 mmol·g~(-1)。改性树脂对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附过程符合拟二级动力学方程,25℃时其二级动力学吸附速率常数分别为5.301×10~(-2)和3.582×10~(-2)g·(mmol·min)~(-1);改性树脂对Hg~(2+)和Cd~(2+)的吸附量随温度的升高有所增大,吸附过程符合Langmuir和Freundlich吸附等温式。     

Fe(Ⅱ)活化过硫酸钠去除水中三氯生

采用Fe~(2+)活化过硫酸钠(SPS)对水中三氯生(TCS)的去除进行了研究,考察了Fe~(2+)、SPS的投加量、TCS初始浓度、p H值和腐殖酸(HA)等对TCS去除的影响,GC-MS鉴定识别了降解产物。结果表明Fe~(2+)活化SPS工艺能有效去除TCS,2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为其主要降解产物,SPS浓度为1.0 mmol·L-1,Fe~(2+)的投加量为0.4 mmol·L-1时,初始浓度为460μg·L-1的TCS 2 min后去除率可达93.87%,TCS慢速反应阶段的降解符合一级反应动力学方程,其动力学常数K=0.140 min-1。TCS的去除随Fe~(2+)浓度的增加先增大后减小,高浓度的Fe~(2+)不利于2,4-DCP的降解,适量提高SPS浓度有利于TCS的去除和2,4-DCP的降解,TCS去除随初始浓度增大而降低,酸性环境有利于TCS的去除,腐殖酸对TCS的去除具有抑制作用,低浓度腐殖酸不利于2,4-DCP的降解。     

荧光假单胞菌产铁载体对油麦菜吸收砂基和水基中镉的影响

选取荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescence)作为代表微生物菌种,考察了菌体产铁载体的规律,并研究了添加菌体对水培油麦菜吸收砂基和水基中Cd~(2+)的影响。在此基础上分析了根际微生物与重金属之间的相互作用机理,为典型微生物在重金属污染治理中的作用提供了可借鉴的理论基础。通过平板实验证实荧光假单胞菌菌体代谢能够产生铁载体,且产铁载体量随着菌体培养时间的增加而增大。铁载体能够与Cd~(2+)络合,将Cd~(2+)固定,使得油麦菜对Cd~(2+)的吸收减少。添加菌体后,采用砂基和水基方式培养的油麦菜中Cd的含量分别减少了27.23%~50.74%和10.57%~45.53%,表明菌体形成的根际微生物能抑制油麦菜对Cd的吸收。因此,微生物代谢产生的铁载体可在重金属污染的植物修复中起到重要作用。     

垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能

以发酵床废弃垫料和秸秆为原料,采用限氧热解法制备不同温度(300、400和500℃)下的垫料生物炭(D300、D400和D500)和秸秆生物炭(S300、S400和S500),通过X-ray能谱仪、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱仪等手段表征其物理化学性质,研究不同吸附时间、Cd~(2+)浓度和初始pH下垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附性能,并与秸秆生物炭进行比较。结果表明,D300和D400的吸附过程较符合准二级动力学模型,D500的吸附过程更符合颗粒内扩散模型,吸附时间以30 h为宜;垫料生物炭对Cd~(2+)的等温吸附实验更符合Freundlich模型,400℃制备的垫料生物炭对Cd~(2+)的吸附效果最好;D300和D400对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较大,D500对Cd~(2+)的吸附能力受pH的影响较小,pH在4.5~7.5之间吸附效果较好。秸秆生物炭吸附Cd~(2+)到表观平衡所用的时间在20 h左右,而最大吸附量比垫料生物炭多2.727 mg·g-1。     

Cd、Pb复合污染下柠檬酸对龙葵修复效率及抗氧化酶的影响

植物修复土壤重金属被普遍认为是清洁、经济的生物修复方法。为了提高生物修复土壤重金属污染的效率,在室内盆栽实验中添加柠檬酸作为螯合剂促进龙葵对重金属的吸收,并研究其生理活性的变化。结果表明:当添加柠檬酸浓度为10 nmol/kg时,龙葵生物量显著提高(P<0.05),各部分生物量表现为:茎>叶>根;随着柠檬酸浓度的增加,龙葵对重金属Cd的吸收量显著(P<0.05)增加,在10 nmol时总吸收量最大,为229.85μg/g DW;龙葵对Cd、Pb的富集系数均在柠檬酸浓度为5 nmol/kg时达到最大;Pb吸收量随柠檬酸浓度增加表现出先增大后减小的趋势;添加柠檬酸促进了龙葵对Cd的吸收,增强了抗氧化酶活性,而对Pb的吸收效果不明显。     

磷酸改性纳米黑碳的制备及对Cd的吸附研究

为提高纳米黑碳(BC)对Cd的吸附钝化效果,以磷酸为改性剂对BC进行改性,通过单因素实验探究不同改性条件对吸附性能的影响,分别改变磷酸浓度、反应温度、反应时间3个要因素,以Cd~(2+)污染模拟水样为研究对象,确定最佳改性参数,同时使用Zeta电位仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪对磷酸改性纳米黑碳(MBC)进行表征,并且通过吸附等温线和吸附动力学实验研究MBC对于Cd~(2+)的吸附过程。研究结果表明,MBC改性最佳条件为2mol/L磷酸55℃水浴加热1.0h。吸附在20min后达到平衡,对Cd~(2+)的最大吸附量为345.329mmol/kg,为优惠吸附,等温吸附拟合更符合Langmuir方程。MBC表面孔隙度、比表面积、结晶度以及表面电荷数较改性前均明显增加,对Cd~(2+)有很强的吸附能力,适用于Cd污染治理。     

改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附

对玉米秸秆和花生壳炭化制备的生物炭,运用高锰酸钾进行改性,研究其对Cd~(2+)的吸附效果。通过批次吸附实验,考察了两种改性生物炭对Cd~(2+)吸附的初始浓度、pH值、接触时间等因素的影响。结果表明,在pH为6.0,Cd~(2+)浓度为100 mg·L~(-1),温度为20℃,吸附时间为12 h,吸附剂投加量为1.0 g·L~(-1)条件下,改性玉米秸秆炭和花生壳炭对Cd~(2+)的去除率分别为67.03%和46.10%,与未改性的生物炭相比,吸附率分别提高了3.8倍和6.2倍。改性玉米秸秆炭和花生壳炭对溶液中Cd~(2+)的吸附均符合Langmuir和Freundlich等温吸附模型,最大吸附量分别为68.97和55.55 mg·g-1。两种改性生物炭的吸附行为均符合准二级吸附动力学模型,说明其吸附以化学吸附为主。改性玉米秸秆炭和花生壳炭吸附Cd~(2+)后,可用NaOH溶液进行解吸,解吸4次后,对Cd~(2+)仍有较好的吸附效果,吸附量分别为31.40和24.10 mg·g~(-1)。这说明,高锰酸钾改性玉米秸秆炭和花生壳炭是一种吸附性能高且能够重复利用的去除溶液中Cd~(2+)的吸附材料。     

不同锌浓度有机肥对土壤酶活性及微生物数量的影响

采用室内培养方法,探究了含不同质量浓度(600、1 200、1 800mg/kg)锌的有机肥对土壤酶活性及微生物的影响。结果表明:(1)在整个培养阶段,含锌的有机肥总体显著抑制土壤脲酶、蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性,对碱性磷酸酶活性影响不显著;随着有机肥中锌浓度的增大,脲酶、脱氢酶、蔗糖酶活性总体显著降低。(2)整个培养阶段,含1 800mg/kg锌的有机肥促进土壤中真菌增长;对土壤中细菌总体也有促进作用;对土壤中放线菌呈先抑制后激活的作用,最后趋于稳定。     

活体微藻对镉(Ⅱ)的富集机理

选取小球衣藻(Chlamydomonas microsphaera)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)等4种微藻,通过室内模拟实验,对水体中的Cd~(2+)进行吸附,并对吸附Cd~(2+)的微藻分别采用去离子水、0.2 mol·L~(-1)Ca Cl2与研磨处理,测定Cd~(2+)的解脱量,研究活体微藻对重金属离子的富集特征与机理。结果表明:4种活体微藻均对水体中Cd~(2+)有较强的富集能力,在Cd~(2+)初始浓度为10 mg·L~(-1)、溶液pH为7.0的实验条件下,小球衣藻富集量可达76.34 mg·g~(-1),铜绿微囊藻、钝顶螺旋藻和四尾栅藻富集量分别为24.78、15.28和9.85 mg·g-1,说明微藻是良好的重金属吸附剂;4种活体微藻对Cd~(2+)的富集特征均符合准二级动力学方程(R20.99),反映出活体微藻对Cd~(2+)的富集主要是一种化学行为;活体微藻对Cd~(2+)的富集主要是离子交换形式的化学吸附,富集比例均在60%以上,其中小球衣藻最高,达86.51%。除化学吸附外,还包括物理吸附与生物吸收,生物吸收所占富集比例为6.75%~18.96%,而物理吸附量最少,为3.02%~14.63%。     

土壤辛硫磷污染对蚯蚓的生态毒理效应研究

采用经济合作与发展组织(OECD)标准法配置的人工土壤研究了不同初始质量浓度(25、50、100 mg/kg)辛硫磷对蚯蚓的生态毒理效应,测定了不同老化时间(7、14、21、28 d)下蚯蚓体内及土壤中辛硫磷含量及各项生态毒理指标。结果表明:28 d内辛硫磷在蚯蚓体内及土壤中的含量持续降低;蚯蚓体内蛋白质随老化时间的延长逐渐降低;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性随辛硫磷初始浓度增加总体呈先升后降的趋势,随老化时间的延长,SOD活性总体降低,而CAT活性先降后升;28 d时丙二醛(MDA)含量达到最高,且随辛硫磷初始浓度增加而总体显著提高(P0.05);土壤酸性磷酸酶(ACP)活性随辛硫磷初始浓度增加而总体提高,而土壤脲酶(UE)活性随老化时间的延长总体增加。综合而言,SOD活性、CAT活性、MDA含量及土壤ACP活性可作为评价辛硫磷生态毒理效应的生物标志物,在有机磷农药的环境安全性评价过程中应给予考虑。     

针铁矿对Pb~(2+)的吸附特征及影响因素研究

通过恒温振荡平衡法研究了Pb~(2+)在针铁矿上的等温吸附和吸附动力学特征,探讨了吸附的影响因素.结果表明:(1)随Pb~(2+)平衡浓度和pH的增大,针铁矿对Pb~(2+)的吸附量逐渐增大.(2)针铁矿对Pb~(2+)的等温吸附可用Freundlich和Langmuir方程较好地拟合.(3)在相同温度和pH下,随离子强度的提高,针铁矿对Pb~(2+)的吸附量增大.(4)在相同离子强度和pH下,针铁矿对Pb~(2+)的吸附量总体随温度升高而增大.针铁矿对Pb~(2+)的吸附是自发进行的吸热反应.(5)针铁矿吸附Pb~(2+)的过程可分为初始的快吸附和随后的慢吸附2个阶段.pH影响吸附反应快慢,随pH增大吸附速率增大;随着pH的增大,达到平衡吸附的时间缩短.吸附动力学方程用Elovich方程拟合最佳.