PE微塑料对土壤吸附镉的影响及机理研究

微塑料影响土壤对重金属的吸附,改变重金属在土壤中的迁移转化。该文采用批量实验研究了3种粒径(13、48、150μm)聚乙烯微塑料(PE-MPs)存在时土壤对Cd的吸附解吸行为,同时借助扫描电子显微镜-X射线能谱、X射线衍射、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱等测试方法探究了相关机理。结果表明,PE-MPs对土壤吸附Cd²⁺的影响表现为：抑制Cd²⁺的吸附,促进Cd²⁺的解吸,且当PE-MPs剂量较高或粒径较大时,这种影响更明显。无论是否存在PE-MPs,土壤对Cd²⁺的吸附过程均更符合准二级动力学和Freundlich模型,说明其过程均为受化学吸附控制的多层吸附。土壤对Cd²⁺的吸附机制主要为表面络合和沉淀作用,PE-MPs能覆盖土壤表面的活性位点,干扰Cd²⁺与土壤中含氧官能团相互作用,进而减弱土壤对Cd²⁺的化学吸附。PE-MPs能增强土壤中Cd的流动性,增加Cd对土壤生态系统污染的风险。     

对硝基苯酚和重金属在高炉水淬渣上的竞争吸附研究

以高炉水淬渣（WBFS）为吸附剂,对水体中的对硝基苯酚（p-NP）和重金属进行单一吸附和竞争吸附的研究,从吸附等温线、吸附动力学和热力学等方面分析其吸附特性和机理.结果表明：相对于p-NP,重金属离子在竞争条件下居优势地位,重金属离子对p-NP的竞争吸附作用依次为Cu²⁺ >Cd²⁺ >Zn²⁺.高炉水淬渣对p-NP的吸附符合Freundlich模型,而重金属离子的吸附与Langmuir吸附模型拟合较好,D-R模型计算的p-NP在各系统中吸附能量分别为-7.53、-7.07、-7.96以及-7.86kJ/mol,表明高炉水淬渣吸附p-NP的过程中以物理吸附为主,而重金属离子则以化学吸附和离子交换为主.动力学曲线显示在二元体系下p-NP的吸附速率下降,吸附达到平衡的时间延长,而竞争组分的存在对Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺达到平衡的时间基本无影响.高炉水淬渣对Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺表现出更高的亲和力和选择性.无论是单一吸附还是竞争吸附,p-NP和Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺均符合伪二级动力学方程.△G值随着温度的升高而逐渐降低,说明高炉水淬渣对p-NP和Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺吸附的自发性与温度成正比,属于吸热熵增的过程.     

改性水稻秸秆对溶液中Cd2+的吸附机制研究

选用水稻秸秆作为原料,采用强氧化剂和氢氧化物(KMnO₄、KOH和H₂O₂)进行改性.通过静态吸附试验,研究了改性秸秆的表面特性以及初始镉(Cd)浓度、pH值和固液比等因素对其吸附性能的影响.同时,运用电位滴定、等温吸附模型和吸附动力学模型来深入探讨其吸附机制.结果表明,KMnO₄为最佳改性试剂,改性后显著增强了秸秆对Cd²⁺的吸附性能,较原始秸秆提高了1.19～3.46倍.KMnO₄改性导致秸秆表面负载更多的锰氧化物,增加了其表面的羧基、羟基、氨基及总官能团数量.原始秸秆和KMnO₄改性秸秆对Cd²⁺的吸附过程均符合准二级动力学方程和Langmuir模型,这表明秸秆吸附以单分子层化学吸附为主导.此外,KMnO₄改性秸秆对Cd²⁺的吸附性能受pH影响较小,且具备出色的抗离子干扰性能,在不同pH值和复杂离子共存条件下,能够高效去除重金属污染废水中的Cd²⁺     

生物炭固定耐镉菌群对Cd2+的吸附及作用机制

从广西某硫化尾矿中分离出一耐镉菌群,将其固定在生物炭上制成固定化菌剂.同时,探究了生物炭种类、添加量、溶液pH、Cd²⁺初始浓度对固定化菌剂吸附Cd²⁺性能的影响,并结合吸附动力学、吸附等温线、16S rDNA、SEM、FTIR、XPS等分析测试手段研究了固定化菌剂对Cd²⁺的吸附过程和作用机制.结果表明,竹生物炭制备的固定化菌剂(ZBCM)对Cd²⁺的吸附效果最佳,在Cd²⁺浓度为20 mg·L^-1、pH=6、生物炭投加量为3 g·L^-1的条件下,ZBCM对Cd²⁺的吸附率达89.49%,较生物炭和单菌群的吸附率分别提高了54.6%和53.51%.从属水平上看,菌群主要由梭状芽孢杆菌、毛梭菌和产己酸菌构成,ZBCM吸附Cd²⁺后优势菌变为副梭菌、毛梭菌和贪铜菌,贪铜菌丰度的增长增强了ZBCM对Cd²⁺的络合和生物积累作用.ZBCM对Cd²⁺的吸附...     

闽江福州段湿地沉积物重金属吸附-解吸特征及其对酸沉降变化的响应

选择闽江福州段为研究对象,通过采集淡水河段(A、B)、城市河段(C、D)和河口区(E、F)6个样点的沉积物柱样,探讨了湿地沉积物重金属的吸附-解吸特征及其对酸沉降变化的响应.结果表明,Langmuir吸附等温方程可较好地拟合不同河段湿地沉积物吸附4种重金属(Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺)的热力学过程(R²≥0.71).不同样点对Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的吸附能力整体以河口区最高,城市河段次之,淡水河段最低,解吸能力则与之相反,这主要与沉积物颗粒组成(黏粒)及pH值的差异有关.从淡水河段至河口区(A～F),不同样点0～40 cm土层对Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺的解吸量均随吸附量的增加而升高.随着pH值的增加,Ni²⁺、Cu²⁺、...     

一株耐酸SRB的分离及其脱硫除镉性能

为减轻酸性矿山废水引起的环境污染,为矿山废水处理提供潜在的菌种资源,从土壤中分离出一株耐酸的硫酸盐还原菌SRB1并探讨了该菌株的还原硫酸盐和除镉特性.结果表明该菌株具有较强的脱硫除镉能力,其最低耐受pH值,最适温度,最大耐Cd²⁺浓度分别为3.7,35℃和40mg/L.在COD/SO₄^2-≥2,Cd²⁺浓度≤30mg/L条件下,除镉率可达99%以上.在高浓度Cd²⁺和SO₄^2-的体系中,该菌对Cd²⁺有较强的吸附作用,能将Cd²⁺从50mg/L降至15.5mg/L,吸附率达58%,采用二次培养能将SO₄^2-从1.5g/L降至0.04g/L,脱硫率达97.3%,Cd²⁺浓度几乎降为零.TEM、FTIR、SEM表征显示,在镉胁迫下,该菌株的细胞形态发生改变,吸附前后,红外吸收峰改变明显,沉淀颗粒含有结晶CdS.     

聚丙烯酸-聚偏氟乙烯树脂对Cu(Ⅱ)的吸附性能

采用溶液热诱导聚合和相转移共混新技术,制备了聚丙烯酸-聚偏氟乙烯(PAA-PVDF)微球树脂,研究了该树脂对水溶液中Cu₂₊的吸附性能,吸附热力学及吸附动力学.模型拟合结果表明,PAA-PVDF树脂对Cu₂₊具有优良的吸附性能,吸附量随温度升高而增大.热力学参数△G0<0、△H0>0、△S0>0,证实了该树脂对Cu₂₊的吸附为自发的吸热过程.PAA-PVDF树脂对Cu2+的等温吸附较好地符合Freundlich等温吸附模型,D-R等温吸附表明该吸附过程为离子交换反应.该吸附过程的动力学符合准二级动力学方程.PAA-PVDF树脂的吸附/脱附性能优良,经吸附/脱附4次循环后,其吸附量>5mg/g,脱附率仍超过95%.     

壬基酚对一株铜绿假单胞菌吸附镉的影响

考察壬基酚（NP）对一株从重金属污染场地筛选出的铜绿假单胞菌X吸附镉（Cd）的影响,在NP浓度分别为0、1.0、10.0mg/L条件下,通过优化吸附条件,研究X菌的Cd²⁺吸附效果.结果表明,NP与Cd²⁺共存时,在Cd²⁺初始浓度为1.0mg/L的溶液中,菌体的最佳投菌量和pH值为1.0g/L和7.0,吸附2h,吸附率可达90.0%左右.失活菌与活菌的吸附结果表明失活菌的吸附能力较活菌强.NP浓度对吸附的影响结果表明,低浓度NP对菌株吸附Cd²⁺的抑制作用较小,高浓度NP时抑制作用较大.通过分析X菌处理单一Cd²⁺及Cd²⁺-NP复合污染后的红外光谱图可知,菌体表面的羟基O-H键、酰胺C-N键和N-H键和氨基均参与吸附反应,并且高浓度NP对菌体表面基团活性影响较大,从而影响其对Cd²⁺的吸附.     

7种改性水稻秸秆对溶液中Cd2+的吸附

为实现废弃水稻秸秆资源化利用及其治理水环境中Cd²⁺的污染问题,用KMnO₄、KOH、H₂O₂、KOH+H₂O₂、酒石酸、柠檬酸、TiO₂对水稻秸秆进行改性,制成不同的水稻秸秆吸附剂来吸附溶液中的Cd²⁺,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪和Zeta电位仪对改性前后的水稻秸秆进行表征分析,吸附过程采用准一级动力学方程、修正一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内扩散模型进行拟合.结果表明：在Cd²⁺初始浓度100mg/L,pH7,水稻秸秆添加量为10g/L,25℃条件下,7种改性水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果不同,其中经KMnO₄改性的水稻秸秆对Cd²⁺的吸附效果最好,吸附量达10.024mg/g,对Cd²⁺的去除率达到99.24%,比未改性水稻秸秆提高了99.44%,其次是KOH和KOH+H₂O₂改性处理的水稻秸秆,吸附量分别达到了9.302和9.189mg/g,对Cd²⁺的去除率分别达92.62%和90.82%,比未改性水稻秸秆分别提高了85.07%和82.83%.改性处理水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果顺序为：KMnO₄ > KOH > KOH+H₂O₂ > TiO₂ > H₂O₂ > 柠檬酸 > 酒石酸.对于Cd²⁺的吸附过程,准一级速率方程只能较好地描述吸附初始阶段,准二级动力学方程则能很好地描述吸附的整个过程.经KMnO₄,KOH和KOH+H₂O₂改性的水稻秸秆是具有潜在利用价值的废水中Cd²⁺吸附剂.     

硝酸改性显著提高花生壳生物炭对Cd2+的去除能力

本研究采用热分解的方法制备花生壳生物炭,并用乙醇、硝酸和高锰酸钾溶液对其进行改性。分别研究不同方法改性后生物炭吸附Cd²⁺的性能对初始浓度、吸附时间和pH的响应特征并通过吸附热力学和动力学探索吸附机理。结果表明,改性后的花生壳生物炭对Cd²⁺的吸附量和去除率明显提高。在花生壳投加量一定的情况下,综合分析得知硝酸改性后对Cd²⁺吸附效果最佳,吸附量为48.47 mg/g,去除率为96.94%。最佳条件为：Cd²⁺初始浓度200 mg/L,pH为7,吸附时间120 min。     

黑腐酸对Cd2+的吸附响应面优化及机理研究

以山西褐煤为原材料制备黑腐酸,选择吸附温度、时间、pH值、黑腐酸用量和Cd²⁺初始浓度5个影响因素,采用Box-Behnken响应面法对吸附条件进行优化,分别建立黑腐酸对Cd²⁺的吸附容量和吸附率的二次多项式模型,确定最优吸附条件.将吸附过程拟合等温吸附方程,进行热力学分析,并对材料进行表征.结果表明,pH值、黑腐酸用量和底物浓度为黑腐酸吸附Cd的显著影响因素,优化后的条件为温度308K、时间107.82min、pH=5.55、黑腐酸用量0.05g,底物浓度95.56mg/L,表明黑腐酸是一种良好的吸附材料,吸附效果随温度的升高而增大,能够处理高浓度重金属污染.吸附过程符合Langmuir模型,308K下最大吸附量为54.20mg/g;热力学分析得ΔG⁰ < 0、ΔH⁰ > 0、ΔS⁰ > 0,即反应是自发的吸热熵增反应;黑腐酸表面粗糙多孔,具备良好的比表面积与孔隙结构,具有多种官能团,吸附反应有羟基、羧基等参与形成氢键,并与无机矿物发生离子交换.本研究可为揭示黑腐酸对重金属的吸附机理提供理论依据.     

微生物诱导碳酸盐沉积介导的Cd2+固定

实验室条件下,研究了碳酸盐矿化菌施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和巴氏芽孢杆菌（Bacillus pasteurii）的生长对Cd²⁺的耐受性和固定效果,以及羟基磷灰石对3种菌固定Cd²⁺的影响,通过扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）对碳酸盐矿化菌的诱导矿化产物进行了表征.结果表明,3种菌生长过程中B.pasteurii的脲酶活性最强,是P.stutzeri和B.subtilis脲酶活性的10倍左右,且P.stutzeri,B.subtilis,B.pasteurii产CO₃^2-的最高浓度分别为588.19,661.72,1735.18mg/L,培养体系中pH值均呈现升高的趋势,最高pH值分别为8.23,9.06,9.52;Cd²⁺浓度在0~10mg/L范围内对P.stutzeri的生长影响较小,而当Cd²⁺浓度高于1mg/L时则会抑制B.subtilis和B.pasteurii的生长.初始Cd²⁺浓度为0.5mg/L时,培养120h,P.stutzeri,B.subtilis和B.pasteurii对Cd²⁺的固定去除率分别为96.37%,99.40%,97.57%;加入羟基磷灰石能够提高碳酸盐矿化菌对Cd²⁺的去除率.SEM和EDS结果显示,P.stutzeri和B.subtilis诱导形成的矿化产物多聚集在菌体周围或附着在菌体表面,呈球状或网状结构,表面疏松多孔,B.pasteurii的矿化产物附着在菌体表面,结构致密,呈不规则的球状;FTIR分析表明矿化产物中存在CO₃^2-,结合XRD结果,证实3种菌诱导沉淀矿化产物主要是CaCO₃,而Cd²⁺与Ca²⁺会以同晶置换的方式形成CdCO₃晶体,B.pasteurii在诱导矿化的过程中可将Cd²⁺以Ca_0.67Cd_0.33CO₃共沉淀的方式固定.     

溶磷微生物改性生物炭吸附重金属的机理研究

利用磷溶菌（PSB）对稻壳（RB）和污泥（SB）生物炭进行不同时间的改性,研究了其对水体中Pb²⁺和Cd²⁺（1000mg/L）的修复机制.主要通过测定改性生物炭的理化特性和重金属含量,并利用结构方程模型研究了微生物改性生物炭对重金属的吸附机理.结果表明,PSB显著改善生物炭的孔径结构、比表面积BET （增加了12.5%~175.0%）和表面官能团.特别是还增加了生物炭中C和P元素的释放,促进了生物炭表面的生物矿化机制.PSB改性显著提高了生物炭对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附作用（RB提高：Pb²⁺=9.5%~34.5%,Cd²⁺=34.7%~219.9%,SB提高：Pb²⁺=65.3%~101.3%,Cd²⁺=106.6%~248.6%）.通过Pb和Cd的修复差异,发现不同重金属对微生物的胁迫是导致改性生物炭对重金属的修复反应路径相反的原因.此外,结构方程模型证实6~12h的PSB改性效果最好,且BET不是主要影响因素.不同的生物质炭改性后的修复机制也存在明显差异,孔径结构（R_max²=0.99）是改性RB的主要吸附途径,化学沉淀（R_max²=0.99）是改性SB的主要吸附途径.     

典型污灌区土壤中Cd的形态、有效性及其影响因子

采集了北京、山东、天津、河北及辽宁5个典型污灌区土壤,外源添加1.20mg/kg 的Cd,经过30d老化后,研究了不同污灌区土壤中小麦Cd的吸收、转运系数,同时利用离子色谱及WHAM6.0模型对污灌区土壤溶液性质及自由Cd²⁺形态等进行了测定.结果表明,不同污灌区土壤中,小麦根、茎叶对Cd的富集系数（BCF）与植株体内Cd的根-茎叶转运系数（TF）有显著差异;二种不同Cd敏感性小麦茎叶对土壤Cd的富集系数为0.064~0.465,最大相差626.5%,不同污灌区土壤Cd的富集系数大小表现为辽宁棕壤最大,山东棕壤最小;植株根-茎叶Cd转运系数（TF）表现为河北褐土>辽宁棕壤~北京潮土>天津潮土>山东棕壤.不同污灌区土壤中,自由Cd²⁺形态含量与Cd植物有效性呈显著正相关;植株根、茎叶中Cd含量与土壤中自由Cd离子含量的负对数[p（Cd²⁺）]呈显著（P<0.001）的负相关关系,方程分别为：y=-3.3106x+17.681（R²=0.929）;y=-0.3389x+1.7743（R²=0.916）.外源添加1.20mg/kg Cd土壤中,溶液自由Cd²⁺形态的变化值[△p（Cd²⁺）]与pH值、EC含量呈正相关,而与溶液中Cl^-、Na⁺、Ca²⁺含量呈负相关.由此可以推断,由污灌引起的土壤中Cl^-、Na⁺、Ca²⁺等离子含量的增加将导致土壤中Cd环境风险增大.     

CS/PVA微球的制备及其对重金属离子吸附研究

利用聚乙烯醇和戊二醛通过化学交联对壳聚糖进行改性,制备了壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)微球,采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和扫描电镜对CS/PVA微球进行了表征,考察了pH值、吸附时间和重金属离子(Cu²⁺、Fe³⁺、Pb²⁺、Cd²⁺)溶液初始浓度对CS/PVA微粒吸附性能的影响,并进行了吸附动力学研究。结果表明:CS/PVA微球吸附溶液中重金属离子的最佳pH值为7;准二级动力学模型较好地拟合了4种重金属离子的吸附试验数据,表明其吸附过程以化学反应为主,其中金属螯合作用占主导作用;利用Langmuir等温线模型拟合得到的CS/PVA微球对溶液中Cu²⁺和Cd²⁺的最大吸附容量分别为52.33 mg/g和57.81 mg/g,CS/PVA微球对溶液中Fe³⁺、Pb²⁺的吸附更符合Freundlich等温吸附模型,其对Pb²⁺的吸附率最大。     

重金属离子对肺表面活性物质单层膜的影响

为了探究重金属对肺表面活性物质（PS）膜的影响,利用Langmuir–Wilhelmy膜天平,研究了不同种类和浓度的重金属离子与PS单层膜的相互作用.发现Cr³⁺、Cu²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺6种重金属离子均使PS单层的π-A等温线G-LE相变阶段外扩,而Fe³⁺可诱导单层缩合.随后,选取Cd²⁺,Cu²⁺,Hg²⁺,Fe³⁺4种离子进一步探究了重金属浓度对PS单层膜表面活性的影响规律,进行了可压缩模量分析,并结合红外光谱（FTIR）和原子力显微镜（AFM）探究其作用机理,发现Cu²⁺,Fe³⁺和Hg²⁺均会以浓度依赖的方式与PS单层的极性头部发生络合作用,形成复合物,改变膜的稳定性;而Cd²⁺的影响明显弱于其他3种金属离子,但也能使得PS单层有序性增强.