几种土壤铁锰结核对Cr(Ⅲ)的氧化特性(Ⅰ)--氧化锰矿物类型与吸附态离子的影响

用X射线光电子能谱、氧化还原平衡等技术,研究了我国几种土壤铁锰结核对Cr(Ⅲ)的氧化特性.结果表明:供试土壤铁锰结核中的锰为+3、+4价态.黄棕壤(N2-1)、黄褐土(N4-1)、砂姜黑土(N5-¨铁锰结核中氧化锰矿物对Cr(Ⅲ)的最大氧化量分别为627 l、723 6、478.6mmol/kg(Mn02),其中水钠锰矿/锂硬锰矿组合对Cr(Ⅲ)的氧化量比钙锰矿/锂硬锰矿组合的大;对Cr(Ⅲ)的氧化百分率随Pb吸附量的增加而降低至稳定,随Cd、P离子吸附量增大的变幅较小土壤铁锰结核中的氧化锰矿物对Cr(Ⅲ)的氧化量与氧化锰矿物类型、锰的价态、吸附态阳离子种类及表面位点亲和性等因素有关     

环境中氧化锰对Cr(Ⅲ)氧化机理的研究

研究了几种人工合成的氧化锰和新鲜田间土样对Cr(Ⅲ)的氧化作用.结果表明,自然土壤环境中,氧化锰是Cr(Ⅲ)氧化的主要电子接受体,氧化能力δ-MnO_2>α-MnO_2>γ-MnOOH.土壤对Cr(Ⅲ)氧化能力与易还原性氧化锰含量显著相关.土壤风干后,氧化Cr(Ⅲ)的能力明显降低.并提出了Cr(Ⅲ)在MnO_2表面氧化的机理.     

生物氧化锰矿物对几种重金属的吸附作用

从土壤铁锰结核及其附近土壤中分离、培养并筛选到3株锰氧化细菌:芽孢杆菌(Bacillus sp.)WH4和GY16,假单胞菌(Pseudomonas sp.)WHS26,应用这3个菌株大量合成了生物氧化锰.在此基础上,比较研究了这3个菌株催化合成的生物氧化锰与一种化学合成锰氧化物矿物(S-MnOx:Synthesized Mn oxide)对重金属Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附特征.结果表明,3种生物氧化锰对重金属的吸附具有明显优势,其对Cu2+、Zn2+、Cd2+的最大吸附量约为S-MnO2的10～100倍;各种氧化锰对Cu2+、Zn2+、Cd2+的吸附过程均符合Langmuir等温吸附模型,且是一个快速吸附的过程;3种锰氧化物对Cu2+、Zn2+、Cd2+3种重金属的最大吸附量与其比表面积呈正相关,吸附过程受pH影响,最适的pH范围为3～6.     

δ-MnO_2对Cr(Ⅲ)氧化动力学特征

采用分步离心法研究了δ-MnO2对Cr(Ⅲ)的氧化动力学.结果表明,δ-MnO2对Cr(Ⅲ)的氧化反应可以用一级动力学方程分段拟合.氧化反应是由2个速率不同的一级反应组成,Cr(Ⅲ)溶液在高浓度(400μmol/L)条件下,也可以用扩散方程和Elovich方程分段拟合.温度升高显著增加快反应阶段速率常数.随着反应的进行,MnO2表面吸附的Cr(Ⅵ)/Mn(Ⅱ)逐渐减小并远小于理论值(0.667),MnO2表面吸附的Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)和Mn(Ⅱ)只占总量的0.1%～3%.溶液中的Cr(Ⅵ)/Mn(Ⅱ)逐渐减小并接近理论值.所以Mn(Ⅱ)向溶液中的扩散滞后于Cr(Ⅵ).Cr(Ⅲ)的氧化反应的速率控制步骤,在低浓度条件下是Cr(Ⅲ)的扩散和吸附,在高浓度条件下是Mn(Ⅱ)向溶液中的扩散.     

河岸带表层土壤的铁氨氧化(Feammox)脱氮机制的探究

厌氧氨氧化耦合三价铁还原（称为铁氨氧化）是最近发现的一种新的氮循环路径.然而,很少有研究报道河岸带的氮素铁氨氧化路径.本研究采用同位素示踪技术和高通量测序技术,证明了铁氨氧化在河岸带表层土壤（0~20 cm）的存在.结果表明,铁氨氧化过程能够在河岸带4个不同土壤层（A：0~5 cm,B：5~10 cm,C：10~15 cm,D：15~20 cm）发生,铁氨氧化的速率范围介于0.25~0.29 mg·（kg·d）^-1之间,其中B土壤层铁氨氧化速率显著高于其它土层（P<0.05）.此外,铁还原菌与铁氨氧化密切相关,地杆菌属（Geobacter）和厌氧黏细菌（Anaeromyxobacter）作为铁还原菌在4个土壤层均被检出.在B土壤层中,铁还原菌（Anaeromyxobacter和Geobacter）的丰度显著高于其它土壤层（P<0.05）.总之,厌氧氨氧化耦合三价铁还原共同发生表明铁氨氧化是河岸带氮素去除的一条重要路径.     

水钠锰矿对几种重金属离子的吸附及其与锰氧化度和吸附位点的关系

矿物表面的吸附位点类型与数量决定了其对重金属离子的吸附特性,但氧化锰矿物的结构变化对表面位点,以及吸附特性的影响并不清楚.本研究通过X-射线衍射（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）、等温吸附等技术和方法对比分析了不同锰氧化度（AOS）酸性水钠锰矿对Pb2＋、Cu2＋、Zn2＋、Cd2＋的吸附特点,并探讨了水钠锰矿锰...     

难溶态Cr(Ⅵ)对重度铬污染土壤淋洗还原修复效果的影响

通过对某铬渣堆场的重度铬污染土壤进行解吸动力学和难溶态Cr (Ⅵ)还原实验,揭示限制重度铬污染土壤有效修复的关键因素。结果表明:室温下,采用柠檬酸淋洗可显著降低土壤中难溶态Cr (Ⅵ)浓度,将淋洗温度提高至90℃,可进一步显著降低难溶态Cr (Ⅵ)浓度。淋洗后土样中难溶态Cr (Ⅵ)浓度越低,其还原效果越好。供试土样经柠檬酸高温淋洗+FeSO₄高温还原工艺修复后,Cr (Ⅵ)浓度从(1813.2±59.8) mg/kg降至(99.1±8.8) mg/kg。此外,淋洗实验中柠檬酸对难溶态Cr (Ⅵ)的还原可忽略不计;土样中残留的柠檬酸对土壤Cr (Ⅵ)的检测结果无显著影响。研究证明了难溶态Cr (Ⅵ)的还原效果是重度铬污染土壤修复的关键限制因素,结果可为铬污染土壤修复工艺研发提供参考。     

碳酸盐岩对Fe2+生物氧化及铁矿物合成的影响

利用从高硫煤矸石堆场浸出液中培养驯化获得的氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f）,通过静态实验,探讨添加不同量的碳酸盐岩对酸性硫酸盐体系中Fe²⁺生物氧化速率及次生铁矿物合成的影响.结果表明：添加10 g和30 g碳酸盐岩不会对体系中pH、氧化还原电位（ORP）和Fe²⁺生物氧化速率产生明显影响,但总铁（TFe）的去除率可从37%分别提高到55%和62%,矿物生成量也从8.17 g·L^-1分别增加到12.03 g·L^-1和13.69 g·L^-1;同时,体系中合成的次生铁矿物相与不加碳酸盐岩时无明显变化,主要为黄铁矾和施氏矿物的混合物.随着碳酸盐岩添加量增至50、70和90 g时,体系pH快速上升,Fe²⁺生物氧化速率受到抑制,并产生大量结晶程度较好的硫酸钙,形成的铁矿物主要为纤铁矿或针铁矿.而适量的碳酸盐岩添加可使体系中产生Ca²⁺和Mg²⁺,从而影响次生铁矿物的合成.因此,在以碳酸盐岩为反应介质的酸性矿山废水处理工艺设计中,可通过添加A.f菌并控制碳酸盐岩投加量,强化系统中Fe²⁺生物氧化及次生矿物的合成,从而进一步提高反应系统对TFe的去除效果.     

亚铁氧化反硝化生物膜反应器中铁矿物的多样性及其对重金属Cd的吸附

亚铁氧化反硝化过程,是指亚铁氧化和NO^-₃-N还原相结合的生物矿化过程,该过程不仅可以实现水中NO^-₃-N脱除,还可以得到对多种污染物有较强吸附去除能力的铁矿物。构建了亚铁氧化反硝化过程的连续流式生物膜反应器,分析了反应器运行3个月后内部生成的颗粒物特性及其对重金属镉(Cd)的吸附效果。结果表明:反应器内不同位置会生成颗粒成分不同的铁矿物,下部和中部以菱铁矿为主,上部以针铁矿为主。这些颗粒均具有较大的比表面积和多种有利于吸附的有机官能团,对于水中Cd²⁺具有较强的吸附能力,不同位置形成的颗粒物的吸附去除率从大到小依次为出水>上部>中部>下部,去除率均可达到84%以上,吸附动力学和热力学方程更符合准二级动力学方程和Freundlich模型。     

pH、温度对土壤溶液中Cr(Ⅵ)减少速率的影响

本文主要研究了土壤溶液中Cr(Ⅵ)的减少速率与pH、温度等因子的关系。结果表明:土壤溶液中Cr(Ⅵ)减少动力学过程可以分为二个步骤,第一步为快速反应,它主要由吸附反应所控制;第二步为慢速反应,主要由Cr(Ⅵ)还原反应所控制。慢反应速率常数k_2值和土壤有机质含量显著相关。随着体系中pH值的升高,k_1、k_2值明显减少。温度对土壤溶液中Cr(Ⅵ)减少速率的影响主要取决于温度对土壤吸附Cr(Ⅵ)反应和Cr(Ⅵ)还原反应的消长情况。     

几种矿物材料对污染土壤中铜形态的影响

采用室内模拟培养的试验方法,以膨润土、硅藻土、磷矿粉及其改性产物、高炉铁渣、钢渣作为改良材料,探讨了几种材料对铜污染土壤的修复效果及存在的规律.同时,对欧共体标准物质局提出的三步提取法（简称BCR法）进行了适当改进,以改进的BCR法提取并分析各形态铜在土壤中的变化.结果表明,除磷矿粉外,其他材料（膨润土、硅藻土）的改性...     

还原氧化石墨烯支撑纳米零价铁对含Sb(Ⅲ)废水的处理

针对含重金属Sb(Ⅲ)废水处理问题,采用液相还原法制备出高效的还原氧化石墨烯负载纳米零价铁(nZVI/rGO)复合吸附材料,并采用多种技术手段对所制备的nZVI/rGO复合材料进行表征.同时,复合材料中nZVI的负载量、吸附剂投加量、初始pH值以及反应温度等因素对废水中Sb(Ⅲ)吸附去除效果的影响被全面考察,并进一步对吸附过程进行吸附等温线和吸附动力学拟合.结果表明,在25℃,pH为3.0时,当nZVI负载量为70wt%,nZVI/rGO投加量为0.5g/L时,Sb(Ⅲ)的去除率最高,140min内可达99.7%.该吸附过程符合准二级动力学模型与Langmuir等温吸附模型,因此nZVI/rGO被证实是一种高效的Sb(Ⅲ)吸附材料.     

改性生物炭负载nZVI对土壤Cr(VI)的修复差异研究

考察了生物炭(BC)、酸洗生物炭(HCl-BC)和纳米零价铁负载生物炭(n ZVI-HCl-BC)对土壤中Cr(VI)还原和总Cr形态转化的影响.结果表明,生物炭对Cr(VI)还原率随土壤含水率的升高而显著提高.在较高土壤含水率(70%)条件下,各生物炭对Cr(VI)的最高还原率排序为:HCl-BC(97.26%)n ZVI-HCl-BC(88.36%)BC(87.61%).在不同Cr(VI)污染水平下(150、300、600和900 mg·kg~(-1)),HCl-BC对土壤中Cr(VI)的还原率最高.随Cr(VI)含量升高,BC和HCl-BC对Cr(VI)的还原率呈降低趋势,而n ZVI-HCl-BC对Cr(VI)的还原率为先降低后升高.形态分析表明,生物炭在不同程度上增加了土壤中Cr残渣态的比例:n ZVI-HCl-BC(11.58%)HCl-BC(9.53%)BC(1.42%),表明生物炭对土壤Cr起到稳定作用.综上,改性生物炭显著促进Cr(VI)还原及总Cr向残渣态转化,表明其具有修复Cr污染土壤的潜力.     

HDTMA改性蒙脱土对土壤Cr(Ⅵ)的吸附稳定化研究

以钠基蒙脱土为原料,十六烷基三甲基溴化铵(HDTMA)为改性剂,制备了系列有机蒙脱土改性材料,并将其用于Cr(Ⅵ)污染土壤的稳定化处理研究.红外光谱、X射线粉末衍射、扫描电镜、氮气吸附脱附、阳离子交换量以及电动电位等表征结果表明,随着HDTMA投加量的增加,蒙脱土层间距从1.25 nm增加到2.13 nm,表面粗糙度下降,比表面积从38.91m~2·g~(-1)降低到0.42 m~2·g~(-1),可交换的阳离子数量从62 cmol·kg~(-1)降低到9.9 cmol·kg~(-1),且表面电性由-29.1 m V升高到5.59m V.毒性浸出实验结果表明,材料的有效性与土壤初始Cr(Ⅵ)浓度、蒙脱土的投加量、养护时间以及HDTMA的改性量均有关.随着HDTMA改性量的增加,有机改性蒙脱土对Cr(Ⅵ)的物理吸附作用下降而对污染物的静电作用增强,静电吸附作用是改性蒙脱土对土壤Cr(Ⅵ)的稳定化效果增强的主要原因.     

土壤有机质和活性铁组分对γ--666光解动力学的影响研究

研究了γ 6 6 6在有机碳含量分别为 <0 0 8% ,0 40 %± 0 0 6 %和 1 0 0 %± 0 2 8%而铁含量依次增加的三组土样中的光解动力学 ,γ 6 6 6的光解符合准一级动力学方程 .当土样中的铁含量相对不变时 ,γ 6 6 6的光降解动力学常数与有机质含量成负相关 ;而当土样中的有机碳含量相对不变时 ,光解动力学常数与铁含量成线性正相关 .为进一步验证土壤有机质对γ 6 6 6的光解的作用 ,采用土壤化学逐级分离法将一土样中的碳酸钙和有机质逐一去除而得到一级和二级土样 ,发现γ 6 6 6在这两级土样中的光解动力学常数依次为 0 0 12 9h-1和 0 0 2 31h-1,再次证明土壤有机质对γ 6 6 6的光解有明显抑制作用     

外源Cr(Ⅲ)在我国22种典型土壤中的老化特征及关键影响因子研究

老化过程对土壤重金属有效性和毒性起着关键性作用.由于我国土壤类型的复杂性,目前对于我国土壤中铬(Cr)的老化过程、转变速率及影响Cr在土壤中老化的关键因子仍然不清楚.本研究选取了全国22种典型土壤,使用0.01 mol.L-1CaCl2作为有效态提取剂,研究我国典型土壤中外源Cr(Ⅲ)的老化过程及影响因子,为准确评价重金属污染的生态环境风险提供科学依据.结果表明,有效态Cr含量随时间先是快速下降,然后缓慢持续降低.在培养期间的前21 d下降速率快,而以后则变化比较缓慢.Elovich方程可以有效拟合有效态Cr在我国22种典型土壤中转化的动力学过程,方程的斜率参数可以作为Cr在土壤中老化速率的表征参数,并用它来比较不同土壤中Cr的老化速率快慢.老化速率与土壤性质的逐步回归分析结果表明,土壤性质中对老化速率影响最大的是有机质,其次是pH和活性氧化铁.     

焙烧温度对铁覆膜砂IOCS吸附Cr(VI)的影响

采用序批试验研究了焙烧温度对铁覆膜砂(Iron Oxide Coated Sand,IOGS)吸附6价铬Cr(VI)的吸附平衡和吸附速率的影响.结果表明,铬在IOCS上的吸附平衡符合Langmuir吸附模型.低温制备IOCS具有较高吸附容量且对pH不敏感.110℃制备IOGS在pH 7的最大吸附容量(0.181 mg·g-1)远高于660℃制备10CS(0.023 m8·8-1).吸附过程符合准二级动力学模型.吸附速率随焙烧温度提高而下降.     

弱磁场强化氧化石墨烯负载纳米零价铁(GO-nFe0/WMF)对水中Cr(Ⅵ)的去除特性及机制

利用共沉淀法成功制备出绿色、高效且具有较强重复利用性和抗氧化性能的介孔磁性材料氧化石墨烯负载纳米零价铁(GO-nFe~0).通过场发射扫描电镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、比表面积测试仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)以及X射线光电子能谱分析(XPS)等表征手段对GO-nFe~0的形貌、结构以及元素价态进行分析.研究了弱磁场(WMF)协同GO-nFe~0体系(GO-nFe~0/WMF)处理水体中Cr(Ⅵ)的特性和机制,并且考察了不同反应条件对体系去除Cr(Ⅵ)的影响.结果表明,当氧化石墨烯(GO)与纳米零价铁(nFe~0)的负载质量比为1∶10且在20 mT弱磁感应强度的最佳条件下,GO-nFe~0/WMF能够在30 min内完全去除浓度为10mg·L~(-1)的Cr(Ⅵ).随着体系初始pH值的降低和材料投加量的增加,Cr(Ⅵ)的去除效率显著提高.无机阴离子(Cl~-,SO_4~(2-))对Cr(Ⅵ)的去除表现出促进作用,而ClO~-_4和CO_3~(2-)则分别表现出无明显影响和抑制效果.GO-nFe~0在循环利用5次以及暴露空气中30 d仍能保持较高的反应活性.通过XRD、XPS以及邻菲啰啉掩蔽实验证明:GO-nFe~0/WMF体系具有潜在的协同作用,GO可以提高WMF促进nFe~0的腐蚀速率并提高电子转移速率,从而释放更多的Fe~(2+).     

纳米零价铁铜双金属对铬污染土壤中Cr(Ⅵ)的还原动力学

采用液相还原法制备纳米零价铁铜双金属(n ZVI/Cu),通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对其进行形貌观测和表征分析,用制备的n ZVI/Cu修复Cr(Ⅵ)污染的土壤,研究了不同反应条件对修复效果的影响,探讨了还原动力学规律.结果表明,n ZVI/Cu对土壤中的Cr(Ⅵ)有很好的降解效果,反应初始p H为7,温度为30℃时,加入2 g·L~(-1)的n ZVI/Cu材料,在10 min内Cr(Ⅵ)含量为88 mg·kg~(-1)的污染土壤中的Cr(Ⅵ)去除率可以达到99%以上.改变n ZVI/Cu加入量、p H值、反应温度以及添加腐殖酸都会对Cr(Ⅵ)的去除效果产生影响.改变p H值和反应温度对去除土壤中Cr(Ⅵ)的影响都比较明显,p H值越小,反应温度越高Cr(Ⅵ)的去除效果越好,添加腐殖酸对去除土壤中的Cr(Ⅵ)有一定的影响.n ZVI/Cu降解Cr(Ⅵ)的过程符合伪一级还原动力学模型,还原速率与反应温度的关系符合阿仑尼乌斯(Arrhenius)定律,反应活化能Ea为104.26 k J·mol~(-1).