径流入渗时土壤胶体释放对重金属截留的影响

以吉林黑土、北京黄土和河北砂土作为模拟下渗柱土壤介质,考察进水pH值、流速和离子强度等条件变化时土壤胶体释放对重金属截留效果的影响,并揭示其主要作用机制.结果表明,土壤胶体与土壤颗粒间静电斥力是影响土壤胶体释放的主要因素,pH值为7.0时黑土、黄土和砂土胶体释放浓度最高,分别为216.5,182.4和272.2mg/L...     

SDBS/Na+对红壤胶体悬液稳定性的影响

土壤中普遍存在的有机污染物和无机离子与土壤胶体颗粒的相互作用深刻地影响着土壤中一系列物理、化学和生物学过程.选取红壤胶体作为对象,利用动态光散射技术研究了不同浓度十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和Na+作用下红壤胶体颗粒的凝聚过程,并结合体系的pH和Zeta电位分析了SDBS/Na+与土壤胶体颗粒相互作用的机制.结果表明:①相同浓度Na+作用下,随着SDBS浓度的升高,土壤胶体悬液稳定性增强.例如120 mmol·L-1Na+作用下,随着SDBS浓度从0 mmol·L-1升高到10 mmol·L-1,凝聚体有效粒径从702 nm下降至193 nm,总体平均凝聚速率从28.6 nm·min-1减小到3.36 nm·min-1;②相同浓度SDBS作用下,随着Na+浓度的升高,体系Zeta电位绝对值显著降低,凝聚体有效粒径逐渐增大,凝聚速率逐渐加快;③仅SDBS作用下,随着SDBS浓度的升高,体系Zeta电位绝对值从47.6 mV增加到62.2 mV,体系pH从6.17升高到6.76,但均小于土壤胶体悬液本身的pH(6.89).因此,SDBS通过疏水作用和静电作用吸附于土壤胶体颗粒表面,增加了颗粒表面的负电荷数量,降低了作用于胶体颗粒表面的有效Na+浓度(SDBS疏水长链的空间阻碍和高浓度SDBS所形成的胶束结构对Na+的吸附),使得胶体悬液稳定性增强,需要添加更多的Na+才能发生凝聚.     

氟污染对土壤胶体稳定性影响的研究

 通过对土壤黏粒悬浮液中加入氟,研究了氟污染对1种水稻土和2种红壤胶体稳定性的影响.结果表明,氟污染使土壤黏粒的稳定性增强,土壤胶体的临界聚沉浓度增大;土壤中增加氟,对土壤胶体临界聚沉浓度增大的影响程度因土壤类型不同而不同,表现为红壤大于水稻土;氟污染使土壤胶体的临界聚沉浓度增大的机理是土壤胶体对氟的配位吸附放出羟基而使溶液的pH值升高,增大了胶体负电荷间的静电排斥力,土壤胶体趋向稳定.表明氟污染不利于土粒聚沉,且使其他污染物质易从土壤进入水体,进而污染水源.     

可变电荷与恒电荷土壤胶体对DNA吸附与解吸特征

采用平衡法研究了红壤胶体、砖红壤胶体、潮土胶体和褐土胶体在不同pH值条件下DNA吸附与解吸特征.结果表明,在NaCl和KCl电解质体系中,4种土壤胶体在吸附过DNA后,溶液pH值均有不同程度的增加,pH增加的幅度为红壤胶体>砖红壤胶体>潮土胶体>褐土胶体;NaCl电解质体系>KCl电解质体系.土壤胶体对DNA的吸附量均随着pH值的升高而降低,在pH为2~4,不同胶体对DNA的吸附量保持最大值,约为13.1~14.8μg.mg-1.当平衡溶液pH值从4.2开始上升至8.6,在NaCl体系中,砖红壤胶体和红壤胶体上DNA的吸附量下降幅度约5.5μg.mg-1,而在KCl体系中,DNA的吸附量下降幅度约2.1μg.mg-1.2种电解质体系,潮土胶体与褐土胶体上DNA的吸附量下降幅度约为8.3~12.2μg.mg-1.DNA吸附量下降幅度为恒电荷土壤(潮土和褐土)胶体>可变电荷土壤(红壤和砖红壤)胶体.用NaOAc和NaH2PO4对土壤胶体吸附DNA的解吸时,可变电荷土壤胶体与恒电荷土壤胶体解吸规律有明显差异.在3种溶液pH值为3、5和7时,可变电荷土壤(红壤和砖红壤)胶体上NaOAc解吸率约10%~24.5%,Na...     

不同环境因子对黑土胶体在饱和多孔介质中运移特性的影响

为评价不同环境条件下黑土胶体在地下水多孔介质中的运移,采用离心法对采自于黑龙江海伦黑土样品中的胶体颗粒进行提取. 通过胶体在石英砂填充柱中的淋溶试验研究了pH、离子强度和溶解性有机质等环境因子对胶体在多孔介质中运移特性的影响. 结果表明:当pH在4～9的范围内变化时,MR(回收率)和k(沉积速率系数)没有发生显著变化,即其对胶体运移能力影响不显著. 随着离子强度从0.001 mmol/L升至1 mmol/L,黑土胶体穿透曲线MR降低,k值升高,说明高无机离子强度使胶体易于沉积在石英砂表面,运移能力降低. 当溶液中含有溶解性有机质HA(胡敏酸)和FA(富里酸)时,MR降低,k值增加,表明胶体运移能力受到抑制,并且FA对胶体颗粒运移的抑制作用比HA强. 溶液离子强度、HA和FA含量对黑土胶体在饱和多孔介质中的运移过程影响较大,是影响地下水中胶体运移过程的关键环境因子.      

典型抗生素在多孔介质中迁移特性的对比研究

为系统探究抗生素在饱和多孔介质中的迁移行为,选取两类典型抗生素—磺胺类（Sulfonamides, SAs）和氟喹诺酮类抗生素（Fluoroquinolones, FQs）,通过室内砂柱迁移实验,重点对比研究了水化学条件及介质粒径对两类抗生素迁移的影响.结果表明,不同种类抗生素在饱和石英砂多孔介质中的迁移特性不同.在实验pH（5.6~9.5）条件下,低解离常数使得SAs多以带负电形态出现,因静电斥力导致SAs在石英砂介质中具有强迁移能力,流出液中SAs回收率>97%;pH、离子强度（NaCl、CaCl₂）及介质粒径对抗生素的迁移无显著影响.FQs多呈阳离子形态及两性形态,受静电引力控制,FQs迁移能力相对较弱,但移动性随溶液pH升高而增大,NaCl和介质粒径对FQs迁移影响不显著,竞争吸附导致高浓度CaCl₂促进FQs迁移能力.本研究结果阐明了SAs和FQs在多孔介质中不同水化学条件（pH、NaCl及CaCl₂离子强度）下及不同介质粒径中的迁移过程,可为抗生素环境风险的预测和评估及污染修复提供指导.     

地下水人工回灌水化学因素对生物堵塞的影响

通过室内砂柱实验及扫描电镜,红外光谱,光电子能谱等技术,研究回灌水中离子强度及回灌过程中水-岩作用对细菌在饱和多孔介质中迁移及滞留的影响,揭示回灌过程中离子强度对介质生物堵塞演化规律及其作用机理的影响.结果表明,适宜的离子强度刺激细菌的生长及胞外聚合物（EPS）的生成,导致介质渗透性下降幅度达到99%,离子强度过高或过低都会抑制微生物的生长;Na⁺可以中和介质与细菌表面的负电荷,通过压缩双电层及减少静电斥力,进而增强细菌在介质表面的附着能力;介质中的碳酸盐矿物水解可导致环境pH值升高,诱导介质中的微量SiO₂,Al₂O₃等矿物溶解,促使介质孔隙度增大,延缓生物堵塞的发生时间并缓解堵塞程度;外源Na⁺及内源介质溶解产生的Ca²⁺,Mg²⁺,Al （III）,刺激细菌产生更多的EPS,同时化学离子与EPS的官能团以新的官能团和化学键结合,形成新的物质,对堵塞的发生和演化起促进作用;溶解产生的Mg²⁺,Ca²⁺与细菌呼吸产生的CO₂,在微碱性条件下反应形成新的沉淀,也对堵塞产生促进作用.     

有机大分子对聚酰胺复合纳滤膜偏硅酸钠污染的影响

选用腐殖酸(HA),海藻酸钠(SA),牛血清蛋白(BSA)和偏硅酸钠分别模拟水体中有机大分子和无机污染物对聚酰胺复合纳滤膜进行了膜污染试验.结合原子力显微镜(AFM)及自制的胶体探针定量测定了不同条件下,膜-偏硅酸钠以及偏硅酸钠-偏硅酸钠之间的作用力.分析了污染膜的表面结构特征及其通量恢复率,系统考察了膜表面吸附不同有机大分子后,对随后硅酸盐污染行为的影响.结果表明:膜表面吸附HA和SA后,膜面负电位增加,与偏硅酸钠之间静电斥力变大,导致其结合能力减弱,减缓了结垢污染.然而,吸附BSA后的膜与无有机条件膜相比,负电位基本一致,故对纳滤膜结垢过程几乎无影响.     

矿山排水污染稻田土壤胶体对砷的吸附研究

为研究矿山排水污染土壤胶体对砷的吸附影响,文章以高砷污染区和背景区土壤的胶体在不同的pH、离子强度以及好氧/厌氧淹水条件下对As(Ⅴ)的吸附进行对比试验。结果表明:土壤胶体对As(Ⅴ)的吸附量随pH的增大而减少,且污染区胶体比背景区胶体对As(Ⅴ)的吸附量大;离子强度越大,胶体对As(Ⅴ)的吸附量越大,Ca(NO_3)_2浓度从0.001 mol/L增至0.1 mol/L时,污染区与背景区胶体对As(Ⅴ)的吸附量分别增加了30.57%、50.25%;厌氧淹水后的胶体对As(Ⅴ)的吸附量低于好氧条件下的胶体,解吸量较高,且厌氧淹水后污染区胶体与背景区胶体相比无明显吸附优势,而好氧条件下污染区胶体的解吸率低于背景区胶体,说明厌氧淹水后的胶体不易吸附且易释放As(Ⅴ)。因此,低p H和高离子强度以及好氧的条件有利于土壤胶体对砷的吸附。     

土壤腐殖酸对毒死蜱的吸附

采用平衡振荡法进行农药毒死蜱在5种土壤腐殖酸上的吸附试验.结果表明,毒死蜱在不同土壤腐殖酸上的吸附行为表现出一定的差异,并均可Linear方程和Freundlich方程来描述;5种土壤腐殖酸对毒死蜱吸附能力都很强,吸附率均较高(平均值在72.57%～88.21%之间),大小顺序为:紫色潮土HA＞黄壤HA＞中性紫色土HA＞酸性紫色土HA＞腐殖土HA,此顺序与腐殖酸腐殖化程度一致;pH=2时,腐殖酸对毒死蜱的吸附能力显著增大;离子强度对毒死蜱的吸附影响不明显;腐殖酸添加量越大,单位质量的腐殖酸吸附量越小.     

富里酸和胡敏酸在蒙脱石上的吸附特性

为进一步揭示有机污染物在黏土矿物上的迁移转化规律,运用1H核磁共振光谱、高效体积排阻色谱、扫描电镜、比表面分析以及傅里叶变换红外光谱等多种分析技术综合分析了富里酸和胡敏酸在蒙脱石上的吸附行为. 结果表明,由于不同官能团与蒙脱石的亲和性不同,富里酸和胡敏酸在吸附过程中均产生组分分级,大分子被优先吸附在蒙脱石表面. 由于疏水性作用,蒙脱石对疏水性更强的胡敏酸的吸附量更大. 蒙脱石吸附富里酸后比表面积和孔容分别下降3.67m2/g和0.005cm3/g,而吸附胡敏酸后则均略微增大,说明具有较大颗粒尺寸的胡敏酸更多地堆积在蒙脱石外表面,而富里酸则更易进入蒙脱石孔隙. 蒙脱石吸附富里酸和胡敏酸后溶液pH分别升高了0.44和0.41,说明发生了配体交换反应. 蒙脱石对富里酸和胡敏酸的吸附量随pH增大和离子强度的降低而减少,表明羟基能够抑制富里酸/胡敏酸负电基团与蒙脱石表面羟基的配体交换反应,而盐离子则能降低蒙脱石和腐殖质间的静电斥力.      

HPO42-和H2PO4-对蒙脱石-胡敏酸胶体凝聚的影响

为探究HPO₄^2-和H₂PO₄^-界面行为对土壤胶体凝聚的影响,以蒙脱石和胡敏酸胶体为研究对象,采用动态光散射技术比较研究HPO₄^2-和H₂PO₄^-引发胶体颗粒凝聚过程的差异.结果表明,随着电解质离子强度的升高,HPO₄^2-和H₂PO₄^-体系蒙脱石-胡敏酸混合悬液从慢速凝聚（线性增长）转化为快速凝聚（幂函数增长）,但胶体凝聚过程对H₂PO₄^-体系离子强度的变化更敏感.HPO₄^2-和H₂PO₄^-作用下凝聚体有效粒径增长、总体平均凝聚速率（TAA）、临界聚沉离子强度（CCIS）和活化能均存在明显差异;其中,与HPO₄^2-相比,H₂PO₄^-体系中拥有更高的TAA、更低的CCIS和活化能,说明H₂PO₄^-离子引发蒙脱石-胡敏酸混合胶体凝聚的作用更强,HPO₄^2-体系中CCIS是H₂PO₄^-中的2.43倍.HPO₄^2-和H₂PO₄^-体系中离子特异性效应的差异（活化能差值）随离子强度的降低而增大,主要由强电场中离子非经典极化作用引发.胡敏酸的添加明显增加了HPO₄^2-体系中胶体的CCIS和活化能,而对H₂PO₄^-体系未产生明显影响;HPO₄^2-和H₂PO₄^-离子特异性效应的强弱在不同比例蒙脱石/胡敏酸体系中表现为96%蒙脱石+4%胡敏酸 >> 99%蒙脱石+1%胡敏酸 > 100%蒙脱石.以上结果表明HPO₄^2-和H₂PO₄^-对蒙脱石-胡敏酸混合胶体的凝聚存在强烈的离子特异性效应,胶体表面附近电场强度直接影响该效应的强弱.     

基于非对称场流分离技术的水环境腐殖酸聚集特性研究

腐殖酸的聚集特性是影响其去除率及与其它污染物相互作用的重要因素,本文采用非对称场流分离技术对腐殖酸组分进行分离,配合示差折光检测器及多角度激光光散射器,对腐殖酸分子量的分布规律进行研究,探讨了水环境的化学条件对腐殖酸荷电状态和聚集状态的影响规律.结果表明,腐殖酸具有自我凝聚的特性;在p H较低和溶液离子强度较高时,腐殖酸胶粒的Zeta电位绝对值减小而分子量增大,腐殖酸胶粒聚集程度增大;随腐殖酸浓度增大,腐殖酸胶粒的Zeta电位绝对值减小,腐殖酸分子发生聚集而使胶粒分子量增大.当离子强度达到0.08mol·L-1,或浓度达到15 mg·L-1时,腐殖酸分子不仅靠氢键聚集在一起,还可能发生分子间的缔合.     

非均性多孔介质中生物炭胶体的迁移行为研究

生物炭颗粒在多孔介质中的迁移行为不仅决定了其在环境中的归趋,也极大地影响了被吸附污染物的环境行为.以往的研究主要集中在生物炭胶体在均性多孔介质中的迁移行为,但实际环境介质通常是非均性的,目前对生物炭胶体在非均性多孔介质中的迁移行为知之甚少.本研究采用两种不同粒径的石英砂构建了上下两层非均性填充柱（上层细颗粒,下层粗颗粒）,研究了生物炭胶体在非均性多孔介质中的迁移和截留行为,考察了溶液离子强度和pH对生物炭胶体迁移能力的影响.研究结果表明在非均性多孔介质中,生物炭胶体具有很高的迁移能力,在离子强度为1~50 mmol·L^-1,pH为4.0~11.0条件下,生物炭胶体的迁移率达40.2%~88.0%.非均性介质中生物炭胶体的截留曲线表现为非单调型曲线,截留量峰值往往出现在细-粗石英砂的交界面处（细石英砂侧）,这与非均性介质中显著的电荷异质性、介质尺寸异质性和迁移过程中传质通量异质性有关.生物炭胶体在上层细石英砂中的截留量显著大于其在下层粗石英砂中的截留量,表明上层细石英砂是影响生物炭胶体迁移行为的关键层.随着溶液离子强度增加,生物炭胶体自团聚作用增强,其与石英砂介质间界面作用能垒降低,因而生物炭胶体的迁移能力减弱.由于生物炭胶体与细石英砂间的物理张力作用趋于显著,增加离子强度提高了生物炭胶体在上层细石英砂中的截留比率.中性和碱性条件下生物炭胶体的迁移能力较强,而在酸性条件下,生物炭胶体表面电负性显著降低,团聚体粒径增大,生物炭胶体的迁移能力较弱.降低溶液pH增加了生物炭胶体在上层细石英砂中的截留比率.本研究的结果将有利于人们更好地了解生物炭胶体在复杂多孔介质中的迁移行为,为全面评估生物炭的潜在环境风险提供理论支持.     

不同来源溶解性有机质在光辐射下产生活性氧基团能力的差异

溶解性有机质(DOM)在光辐射下可以吸收光能产生活性氧物质(Reactive oxygen species, ROS),如单线态氧(~1O_2),羟基自由基(HO·)及激发三线态DOM(~3DOM~*)等,这些ROS对污染物的光化学反应起着重要的作用.本实验在254 nm紫外光辐射下,利用特征ROS探针化合物,探究4种不同来源土壤DOM光致产生ROS能力的差异.通过XAD-8树脂分组将2种不同来源DOM分成5个组分,进一步探究DOM结构对ROS生成的影响.研究发现,来源于黄褐土、潮土的DOM分别产生~1O_2、HO·的能力较强,而来源于黄褐土的富里酸及潮土的胡敏酸产生~3DOM~*的能力较强,说明不同来源DOM在光辐射下产生ROS的能力不同.紫外光谱分析表明,分子量较大、腐殖化程度较高的腐殖酸产生ROS的能力较强,且富里酸与胡敏酸对ROS生成的影响存在差异.整体来看,2种腐殖酸的不同分组组分对ROS生成的影响趋势相似,水与乙醇组分所产生的影响非常小,低pH值组分对ROS生成的影响比高pH值大.结合红外光谱分析,研究发现,低pH值组分的腐殖酸羧基含量较高,脂肪族官能团含量低,含氧量高,可能具有较高的光化学活性,有利于ROS的生成.此外,2种腐殖酸不同组分对ROS生成的影响存在差异,说明DOM结构中官能团的可解离程度对ROS生成具有一定影响.     

Experimental and molecular dynamic simulation study of perfluorooctane sulfonate adsorption on soil and sediment components

Soil and sediment play a crucial role in the fate and transport of perfluorooctane sulfonate (PFOS) in the environment. However, the molecular mechanisms of major soil/sediment components on PFOS adsorption remain unclear. This study experimentally isolated three major components in soil/sediment: humin/kerogen, humic/fulvic acid (HA/FA), and inorganic component after removing organics, and explored their contributions to PFOS adsorption using batch adsorption experiments and molecular dynamic simulations. The results suggest that the humin/kerogen component dominated the PFOS adsorption due to its aliphatic featureswhere hydrophobic effect and phase transfer are the primary adsorptionmechanism. Compared with the humin/kerogen, the HA/FA component contributed less to the PFOS adsorption because of its hydrophilic and polar characteristics. The electrostatic repulsion between the polar groups of HA/FA and PFOS anions was attributable to the reduced PFOS adsorption.When the soil organicmatterwas extracted, the inorganic component also plays a non-negligible role because PFOS molecules might form surface complexes on SiO₂ surface. The findings obtained in this study illustrate the contribution of organic matters in soils and sediments to PFOS adsorption and provided newperspective to understanding the adsorption process of PFOS on micro-interface in the environment.     

Experimental and molecular dynamic simulation study of perfluorooctane sulfonate adsorption on soil and sediment components

Soil and sediment play a crucial role in the fate and transport of perfluorooctane sulfonate(PFOS) in the environment. However, the molecular mechanisms of major soil/sediment components on PFOS adsorption remain unclear. This study experimentally isolated three major components in soil/sediment: humin/kerogen, humic/fulvic acid(HA/FA), and inorganic component after removing organics, and explored their contributions to PFOS adsorption using batch adsorption experiments and molecular dynamic simulations. The results suggest that the humin/kerogen component dominated the PFOS adsorption due to its aliphatic features where hydrophobic effect and phase transfer are the primary adsorption mechanism.Compared with the humin/kerogen, the HA/FA component contributed less to the PFOS adsorption because of its hydrophilic and polar characteristics. The electrostatic repulsion between the polar groups of HA/FA and PFOS anions was attributable to the reduced PFOS adsorption. When the soil organic matter was extracted, the inorganic component also plays a non-negligible role because PFOS molecules might form surface complexes on SiO 2surface.The findings obtained in this study illustrate the contribution of organic matters in soils and sediments to PFOS adsorption and provided new perspective to understanding the adsorption process of PFOS on micro-interface in the environment.     

腐殖酸对红壤中铅镉赋存形态及活性的影响

深入探讨了腐殖酸不同组分对红壤中铅镉形态分级与活性的影响 .结果表明 ,腐殖酸的添加使红壤中Cd和Pb的残渣态向有机态转化 .用量越大、温度越低 ,转化效应越明显 .对植物最有效的可给态Cd和Pb的剧烈变化主要发生在加入腐殖酸 1h之内 ,随着时间的推移趋于稳定 .富里酸 (FA)促进了可给态Cd的增加 ,而胡敏酸 (HA)对可给态Cd和Pb的有一定的抑制和钝化作用 ,其作用以灰色胡敏酸 (GHA) >棕色胡敏酸 (BHA) .因此 ,在农业生产中 ,于红壤中添加HA特别是GHA成分高的有机物料 ,可部分减少Cd和Pb对作物的危害 .