位点能量分布理论及其在土壤和沉积物对污染物吸附研究中的应用

位点能量分布理论(Site energy distribution theory,SEDT)是一种从能量的角度去研究吸附机理的理论方法,它可以提供吸附剂表面位点的吸附能量以及对应的分布函数.因此SEDT在吸附能不均匀的吸附剂表面上的应用有着独特的优势.该理论在化学化工领域的吸附剂材料上有着广泛的应用,尤其是在碳材料上有着较为深入的研究.土壤和沉积物是环境中重要的天然吸附剂,有着比碳材料表面更复杂的特性,因此已有研究将SEDT用于土壤和沉积物对污染物的吸附过程中.然而现有的研究在污染物对象的选取以及该理论的应用方式上存在一定的局限性.鉴于SEDT在土壤和沉积物上的应用潜能及重要意义,本文详细地介绍了SEDT的主要内容,并综述了SEDT在国内外吸附领域的应用研究进展,旨在将化学化工领域已有的SEDT应用与讨论方式迁移到环境领域中,最后对SEDT在土壤和沉积物上更深入的应用以及SEDT自身的发展提出了展望.     

污染物环境界面行为的多尺度计算模拟

污染物的环境界面行为研究一直是环境科学领域的核心和热点内容之一.借助于计算方法能够突破实验方法分析水平的限制,提供从微观到介观的多尺度上的污染物界面行为的化学机制与结构特征.量子力学方法、全原子分子动力学模拟和基于粗粒化体系模型的分子动力学模拟及耗散粒子动力学模拟等不同分子间作用计算方法可依次从原子尺度、分子尺度到介观尺度实现污染物环境界面行为的模拟分析,提供丰富多样的污染物与环境表面相互作用信息.本文综述了典型分子间作用计算模拟方法在污染物的环境界面生成、吸附乃至催化转化等方面的应用进展,分析了现有研究存在的问题和不足,并对未来的研究重点提出了展望.     

固-液异相催化剂在环境科学领域中的应用

异相催化是催化反应的重要组成部分，其应用十分广泛。固一液异相催化作为环境科学领域中的一项比较新颖的技术，在研究污染物在多介质环境中的迁移转化行为、开发受污染环境修复及污废水处理新技术等诸多方面都具有很大的发展潜力。因此，对不同类型固一液异相催化剂在环境科学领域的应用研究逐渐成为国内外环境科学领域的研究热点之一。其中，金属和金属氧化物因对某些氧化一还原反应具有较好的催化作用，在饮用水脱氮、污废水脱卤及深度氧化处理等水处理领域的应用较为广泛；固态酸催化剂能催化聚合、裂化、水解反应，因此与某些有机污染物的降解密切相关；将同相催化剂固定化为异相催化剂，同样成为新技术开发的方向之一；天然催化剂对污染物在多介质环境中行为影响的研究近年来也屡有发表。此外，载体因对催化剂的活性及应用具有重要影响，也日益受到关注。文章对环境科学领域中固一液异相催化剂的应用研究进行了综述。     

改性碳纳米管负载Pd基催化剂对二氯乙酸的催化加氢脱氯

以壳聚糖(chitosan,CS)为单体,采用表面沉积交联法对多壁碳纳米管(CNT)改性得到壳聚糖修饰的碳纳米管(CS-CNT).分别以CS-CNT和CNT为载体,用硼氢化钠还原法制备Pd/CNT和Pd/CS-CNT负载型催化剂.采用元素分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)、透射电镜(TEM)、比表面积与孔径分布测定仪(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等对材料进行表征,并对二氯乙酸的液相催化加氢脱氯反应进行了研究.结果表明,与Pd/CNT相比,Pd/CS-CNT对二氯乙酸有更高的催化活性.此外,该催化加氢脱氯反应受溶液pH及催化剂表面Pd颗粒的影响.二氯乙酸的催化加氢脱氯反应符合Langmuir-Hinshelwood模型,表明该反应过程由二氯乙酸在催化剂表面的吸附所控制.     

斑马鱼在纳米金属及金属氧化物毒性研究中的应用

纳米金属及金属氧化物材料在催化、涂料、电子、机械和生物医学领域大量生产和应用,因此,对纳米金属材料及其氧化物可能给环境以及人体健康带来的潜在影响和风险需要有足够的认识.本文就近年来纳米金属及金属氧化物对斑马鱼毒性的研究进展进行综述,为人们进一步认识和更好地应用纳米材料奠定基础.     

生态模型在环境化学中的应用

本文通过总结生态模型在环境化学各个研究领域的应用实例,阐明了生态建模这一研究方法在环境化学理论的发展中所起的促进作用.此外,本文还着重就各种富营养化生态模型进行了比较.详细地追述了它们的建立、应用及改进过程.同时系统地介绍了生态建模的理论及步骤.     

生物质炭的特性及其应用的研究进展

生物质炭是生物质原料在完全绝氧或部分缺氧条件下经高温热裂解产生的一类富碳、高度芳香化和高稳定性的固体产物。作为新型多功能材料,生物质炭以其特殊的物理结构、丰富的表面性能和优良的生态环境效应等特点日益成为众多学科研究的前沿热点。文章介绍了生物质炭的基本性质,概括了生物质炭在农业、环境、能源及生物质炭基功能材料等4个前沿领域的国内外应用研究进展,分析了目前各个应用领域研究存在的问题和不足,并指出了未来生物质炭应用研究的前景和方向。国内外研究表明:生物质炭因其丰富的孔隙结构和表面性能、巨大的比表面积、高含量的植物生长所需营养元素、较高的化学稳定性和较强的阳离子交换能力(CEC,cation exchange capacity),在土壤改良剂、固碳、氮减排、缓释肥料载体、污水治理、烟气净化、土壤修复、固体成型燃料、燃料电池、固体酸催化剂和电极材料等领域具有巨大的应用前景。这些方面的研究都取得了一定的进展,但目前生物质炭应用技术的研究还处于起步阶段,研究工作还有待于深入和加强。     

真菌漆酶介导自由基偶联和接枝反应在绿色化学中的应用

漆酶(p-苯二醇:分子氧氧化还原酶;EC 1.10.3.2)是自然界中普遍存在的一类胞外含铜多酚氧化还原酶.漆酶能够以环境中氧分子作为电子接受体,催化4个底物分子的单电子氧化形成4个相应的反应活性自由基或醌类中间体,随后这些活性中间体在酶促位点外发生步进式偶联反应,生成多种具有复杂结构的大分子C—C、C—O—C或C—N—C共价聚合产物.该反应过程中仅生成唯一副产物水,具有反应温和、底物广谱、催化效率高、操作可控和经济环保等优点.目前,真菌漆酶介导低分子有机物和高分子化合物的自由基偶联和接枝反应已经被应用于生物技术领域,该技术克服了传统物理化学方法存在的弊端,在保护人群健康和生态安全等方面具有广泛地应用前景和商业价值.本文详细地概述了真菌漆酶催化不同底物分子的自由基偶联和接枝反应在环境修复、生物监测、食品加工、纤维改性、纺织染色、制药行业和有机合成等绿色化学中的最新研究进展,旨在为开发和拓展真菌漆酶在绿色化学技术领域中的多功能应用提供科学的理论依据和技术指导.     

表面增强拉曼光谱技术应用于环境污染物检测的研究进展

表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman Spectroscopy,SERS)技术作为一种单分子水平的检测技术在众多领域都有广泛的应用.SERS技术的高灵敏性、可实时检测等特点,在环境领域有着巨大的应用前景.本文从增强基底材料的SERS效应、提高其选择性和优化实用性的三个方面介绍了SERS技术应用于环境污染物检测的最新研究进展,并在此基础上提出了今后SERS技术在环境领域的可能发展方向.     

科技简讯

中国科学院生态环境研究中心徐晓白研究员于1995年10月当选为中国科学院院士.徐晓白研究员是我国第一位从事环境化学研究的院士.徐晓白研究员曾从事六硼化镧系列稀土高温材料的研究,并成功地完成了卤磷酸钙系新型日光灯荧光料的研制和推广,为我国照明业的发展做出了贡献.1975年以后,在有机污染物的分析、鉴定、环境化学行为等的研究中,首次报导了柴油机排气中含有大量直接致突变物——硝基多环芳烃,继而在国家重大基金项目“典型化学污染物在环境中的变化及生态效应”方面进行了深入的研究,并培养了一批硕士、博士研究生.另外,在发展交叉科学、推动化学与生物学结合的前沿性研究中亦做出了贡献.     

金属单原子催化剂稳定、制备与应用的研究进展

金属单原子通常具有独特的物理和化学特性,在催化应用中展现出优越的催化剂活性,已成为催化领域的一个研究热点.单原子催化剂是一种由单个金属原子锚定在载体上的催化剂,其最大限度地提高了金属原子的利用效率.单原子催化剂的制备方法主要有湿法化学法、金属-有机配位法、原子层沉积法和高温裂解法.本文基于近几年国内外单原子催化剂的研究,总结了单原子稳定负载的主要条件,单原子最优结合位点的预测和判断方法.同时,围绕单原子催化剂的特性,系统地讨论了单原子催化剂在环境和能源等方面的应用,并进行了展望.     

典型化学污染物在环境中的变化及生态效应——国家自然科学基金“八·五”重大项目介绍

国家自然科学基金“八·五”重大项目——“典型化学污染物在环境中的变化及生态效应”已被批准立项,并将于1992—1995年内付诸实施。本项目研究内容涉及典型化学污染物在环境中迁移、转化及降解的化学过程;在多介质环境中的循环过程及模型;生态毒理学效应;对生态系统结构与功能的影响和预测;以及生态调控对策等五个课题。它是一项涉及环境化学、环境生态学和环境预防医学的多学科交叉的综合性研究项目。此项目科学意义重大,不仅是因为它与我国国民经济、生态环境和人体健康有着密切的关系,而且还因为它的研究将促进我国有关环境科学领域的基础和应用基础理论研究提高到一个新的水平。此外,它将为污染物的环境化学行为及生态效应的多学科,综合性研究积累方法学经验,从而为我国环保工作做出贡献。     

TiO2-FeOOH/Mmt纳米复合材料的表面酸碱性质及光催化性能

本研究以蒙脱石(Mmt)为基底材料,利用自组装制备技术得到TiO_2-FeOOH/Mmt纳米复合材料,以亚甲基蓝为降解目标物,研究复合材料光催化降解性能.利用透射电子显微镜(TEM)、比表面积及孔隙分析仪(BET)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对制备材料进行表征分析,结果表明由针铁矿和锐钛矿组成的复合材料带隙宽度减小且光响应范围得到拓宽.着重通过表面酸碱滴定实验,结合ProtoFit表面络合模型模拟软件,对光催化前后材料表面酸碱性质变化情况进行了分析,发现复合材料的lgK_a值并非单层材料的简单叠加,而是复合后发生了一定的表面化学作用形成新的表面酸碱性质.复合材料具有更大的表面位密度N_t及表面化合态≡XOH含量,能使材料在表面反应过程中提供更多的表面活性物质,产生更多的自由基,间接加快目标物降解速度.且复合材料铁循环强度更大,该循环能有利反应过程中电子的转移,并维持材料表面活性.这为后期进一步研究纳米复合材料光催化降解机理提供理论依据.     

采用XPS研究镉在蒙脱石表面的吸附机理

采用XPS方法,通过对比吸附镉前后蒙脱石表面元素结合能的变化,对镉在蒙脱石界面吸附机理进行研究.结果表明,吸附镉离子后电子由镉离子向氧、铁、硅原子转移,Al基本没有参与配位.除表面配位的化学吸附作用外,镉离子还通过与蒙脱石层间阳离子进行交换吸附而进入蒙脱石的层间.     

纳米零价铁及其在环境介质中氧化后性质演变研究进展

纳米零价铁(nZVI)尺寸小、比表面积大、表面能高、还原性强,对环境污染物具有良好的去除效果,常用于土壤及水体修复领域.而nZVI的上述特性使其在含氧环境介质中易发生氧化现象,导致物理化学性质发生变化并影响污染物的去除.本文综述了nZVI在不同环境介质中氧化后物理化学性质演变研究进展,包括nZVI制备方法及特性综述、nZVI氧化导致的结构组成和性质的演变、氧化后对重金属去除机理探讨和对环境的毒性变化,并对nZVI氧化研究与其环境领域中的应用关系进行了展望,期待为深入研究提供理论借鉴.     

序言

<正>"环境计算化学与预测毒理学"是近年来在环境化学、环境毒理学、计算化学、计算生物学和分子生物学等学科之间形成的一个新兴的前沿研究领域,主要应用计算化学和大数据分析的方法开展化学品在环境介质中的转化行为、毒物在生物体内与大分子的相互作用机制以及毒性预测等方面的工作,已成为研究化学污染物的环境行为、毒理作用机制的重要手段,也是化学品生态风险评价与管理的必要工具,可为环境友好的     

表面分析技术在环境颗粒研究中的应用

本文就近期光电子能谱,俄歇电子能谱、二次离子质谱、激光微探针质谱、电子探针X射线分析等现代表面分析技术在环境颗粒研究中的应用,作了综述比较。具体阐述了这些技术在大气颗粒物、煤飞灰、汽车废气颗粒、水中悬浮粒及生物样品中颗粒物研究中的重要应用实例,并论述了对环境颗粒物进行表面分析的重要意义。     

沉积贵金属Pt的Pt/TiO2膜利用可见光催化降解苯酚

采用溶胶-凝胶法制备锐钛矿纳米TiO2光催化材料,并用化学还原法还原氯铂酸溶液(H2PtCl6·4H2O)制备Pt胶体,然后滴涂在制备好的锐钛矿纳米TiO2基片上即对其进行贵金属修饰,从而得到纳米光催化材料Pt/TiO2膜.采用XRD、XPS、UV-Vis和SEM等手段对其表面理化特性进行了表征.以苯酚溶液为光催化降解...     

电化学模拟-质谱技术在环境领域的发展与应用

有机污染物的环境转化及生态风险是环境领域的研究热点,然而常规的研究手段程序繁琐、成本较高,且信息量有限,因此当前迫切地需要发展一项可以快速评估有机污染物的环境转化行为与风险的技术手段。在线电化学模拟-质谱技术是由注射泵、电化学反应池、联机的高效液相色谱仪及质谱检测仪组成的可用于快速评估有机污染物环境转化行为及风险的技术。本文对电化学模拟-质谱技术在环境领域中的发展与应用情况进行了详细的阐述。采用该技术可以使有机污染物在电化学反应池内发生氧化或还原反应,经联机的质谱仪检测得到活性中间产物及最终产物的结构信息,以模拟有机污染物在环境中的氧化或还原的转化过程以及研究污染物的环境结合残留机制;通过在电极表面产生电芬顿反应,可模拟研究难降解有机污染物在敏化光解或高级氧化处理工艺中的转化路径;根据有机化合物在电化学反应池内的起始反应电压可以判断有机污染物在环境中的持久稳定性。此外,电化学模拟-质谱技术可用于模拟研究有机污染物在生物体内经代谢后形成的活性中间产物与酶、蛋白质及DNA等生物大分子的结合致毒机制。与传统研究手段相比,电化学模拟-质谱技术具有快速、简便及产物信息全面等显著优越性,将在有机污染物的环境行为、水处理技术、环境监测、环境健康风险等研究领域有更广泛的应用。由于该技术刚刚起步,今后在电极材料的多样化、系统的自动化等方面有待进一步发展。     

碳纳米管对污染物的吸附及其在土水环境中的迁移行为

碳纳米管具有独特的物理化学特性,对污染物具有优异的吸附性能,在环保领域具有巨大的应用潜力,因而吸引人们对碳纳米管吸附有毒污染物的行为和规律开展了大量研究.同时,碳纳米管特有的表面化学性质和结构特征,使得其自身的环境行为具有一定的风险性,对碳纳米管在水土环境中的迁移行为进行评价,是碳纳米管工程应用之前必须要解决的重要问题,相关研究也有一定程度的开展.本文从碳纳米管对环境污染物的吸附行为和相关机理以及碳纳米管在水土环境中的迁移行为方面进行了综述,阐述了这些研究对于评估碳纳米管的环境应用潜力、环境和生态风险所具有的意义.