生物炭基材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的研究进展

水体中难降解有机物对人体和生态环境存在潜在威胁,开发高效、环保和低成本的催化体系对修复此类废水具有重要意义.生物炭基材料-过硫酸盐高级氧化体系在污水处理领域有广阔的应用前景,为了进一步明确生物炭基材料活化PMS(过一硫酸盐)降解有机污染物的性能及微观机制,综述了生物炭、(非)金属元素掺杂生物炭和金属氧化物-生物炭复合材料3种典型生物炭基材料活化PMS降解有机污染物的催化活性及界面反应机制.结果表明:生物炭基材料表面催化位点(如含氧官能团、缺陷、持久性自由基、金属原子等)可通过自由基或非自由基方式促进PMS活化,进而促进SO₄-·(硫酸根自由基)、·OH(羟基自由基)和O₂-·(超氧自由基)等活性物种的产生,最终增加相应体系的催化活性;使用(非)金属元素掺杂或者负载金属(氧化物)能够显著改变生物炭电荷分布和活性位点,进而增加生物炭基材料的催化活性.但目前的研究仍存在一些不足,如多种活性位点在生物炭基材料活化PMS过程中的协同作用机制尚不明确,杂原子共掺杂生物炭或生物炭负载单原子催化剂在PMS体系中的催化活性及机制、自由基/非自由基方式的协同作用机制也兹待研究.此外,污染物自身结构特性对生物炭基材料催化活性的影响机制也有待进一步探讨.      

生物炭孔径结构-氮缺陷与四环素降解的相关性

制备了具有不同孔径结构和氮缺陷的生物炭材料,通过吸附、过硫酸盐高级氧化(催化)两种反应体系获得的动力学数据,结合氮气吸脱附测试、X射线光电子能谱、拉曼光谱、电子顺磁共振测试等表征手段,系统并深入分析了孔径结构-氮缺陷与典型抗生素污染物(盐酸四环素)降解的相关性.结果表明,孔径结构中与降解过程线性相关性最大的是介孔面积,相关系数(R²)高达0.9804,其次是总比表面积.而元素中与降解过程线性相关性最大的为氮元素,特别是石墨氮(R²为0.9766)及吡啶氮(R²为0.9596).此外,吸附、催化两个反应体系中孔径结构的相关性规律基本一致,但氮元素,尤其是石墨氮和吡啶氮,在催化体系中的R²大于吸附.通过淬灭实验、电子顺磁共振测试、线性扫描伏安法及拉曼测试等分析发现,该催化过程主要是以单线态氧为主的非自由路径.本研究为过硫酸盐高级氧化系统中生物炭基催化材料的制备明确了思路:对于盐酸四环素这类抗生素的降解可制备具有高介孔面积、高比表面积及富氮元素,特别是石墨氮及吡啶氮的生物炭材料.     

铁基双金属催化剂活化过硫酸盐去除水中抗生素研究进展

近年来,抗生素残留物在多种水体中被普遍检出,对水生态环境和人类健康造成严重威胁.基于活化过硫酸盐高级氧化作用去除水中抗生素污染物,以其氧化性强、选择性高和pH适用范围宽等特点成为研究热点.低成本、高稳定性和催化性能优异的铁基双金属材料能有效活化过硫酸盐,它弥补了单一铁元素活化剂易失活、效率低和容易产生二次污染等缺陷.针对尖晶石铁氧体、铁基层状双金属氢氧化物和铁基普鲁士蓝类似物3种典型铁基双金属催化剂,开展其活化过硫酸盐降解抗生素的研究分析,系统讨论了铁基双金属活化过硫酸盐的几种内在驱动机制,并分别对自由基、单线态氧和高价金属的产生,电子转移和过硫酸盐直接氧化过程进行了梳理.最后,总结了活化过硫酸盐技术处理氟喹诺酮类、磺胺类、四环素类与β-内酰胺类抗生素等4种典型抗生素的一般降解途径,为今后研究铁基双金属催化剂及其改性、衍生物和复合物等在活化过硫酸盐技术中的应用提供参考.     

基于硫酸自由基的高级氧化技术研究及应用进展

由于硫酸自由基(SO4-.)具有很高的氧化还原电位,过硫酸盐(S2O82-)活化高级氧化技术作为一种新型氧化技术在环境工程领域具有巨大应用潜能。介绍了热活化、光活化、过渡金属离子三种活化过硫酸盐产生SO4-.的方式,在环境保护方面的现状研究与应用进展,主要涉及受有机污染土壤和地下水的修复、难降解有机废水和废气的处理,阐述了SO4-.高级氧化技术处理各种有机污染物的机理,指出了基于SO4-.的高级氧化技术在处理应用中存在的局限性和未来发展方向。     

应用过硫酸盐氧化法预测焦化厂土壤中PAHs的生物有效性

采用过硫酸盐氧化法测定了北京市某焦化厂表层土壤中16种PAHs的生物有效性,并分析了过硫酸盐氧化前、后SOM(土壤有机质)的质量分数及其结构组成,以研究过硫酸盐氧化法预测焦化厂土壤中PAHs生物有效性方面的可行性. 结果表明:①7个供试土壤样品中w(∑PAHs)(16种PAHs质量分数之和)为10.80~249.00 mg/kg,并以HPAHs(高分子量PAHs)为主,不同环数PAHs的质量分数与w(SOM)均呈正相关,二者关系符合对数方程(R2为0.653~0.798). ②依据过硫酸盐氧化前、后土壤中w(PAHs)的变化得到PAHs的生物有效性,其中,2~3环PAHs的生物有效性平均值为0.46,略高于4环PAHs(0.22)和5~6环PAHs(0.28),较高w(SOM)及HPAHs均易引起焦化厂土壤中PAHs生物有效性的下降. ③过硫酸盐氧化前不同环数PAHs的质量分数与氧化后PAHs的残留量呈显著正相关(R2为0.991~0.994),故可利用过硫酸盐氧化前的w(PAHs)预测土壤中PAHs的生物有效性. ④与过硫酸盐氧化前相比,氧化后土壤中w(SOM)平均下降23.0%,FTIR(傅里叶变换红外光谱)分析结果显示,1 448 cm-1处吸收峰表征的脂肪碳可能是被氧化去除的软质碳的主要组分,氧化后SOM中的芳香碳相对吸光度增幅为0.88%~11.62%,可引起SOM的缩合程度加剧、憎水性增强. 因此,过硫酸盐氧化法能够作为测定焦化厂土壤中PAHs生物有效性的快速方法,可利用过硫酸盐氧化前的w(PAHs)预测土壤中PAHs的生物有效性.      

过硫酸盐技术去除水中有机污染物的研究进展

过硫酸盐高级氧化技术是近些年发展起来的一种新型高级氧化技术,因其具有经济、高效、无污染等优点,该技术在水污染防治方面具有巨大的潜力。该文回顾了过硫酸盐技术在去除水中有机污染物方面的应用,综述了该技术对不同种类有机物(染料、卤代有机物、药物、有机酸等)的降解效果和降解机理,分析了该技术现阶段的不足和未来的发展方向。     

铁基材料协同活化过硫酸盐研究进展

铁基材料因环境友好、价廉易得已被广泛应用于过硫酸盐高级氧化体系,但仍存在pH适用范围窄和重复利用性差等问题,在过硫酸盐技术中的应用受到限制。目前,利用化学反应和物理效应来提高铁基材料活化过硫酸盐效率的方法已被行业学者们关注并大量研究。该文强调了利用化学反应(无机还原剂、有机配位剂、绿色氧化剂)和物理效应(光辐射、电化学、弱磁场、超声波、微波场)协同铁基材料活化过硫酸盐的巨大潜力,分析了各种物理效应和化学反应协同铁基材料活化过硫酸盐的协同机制,总结了铁基材料协同活化过硫酸盐技术的研究进展。文章提出了铁基材料协同活化过硫酸盐氧化技术在未来的研究和实际应用中可能面临的挑战和实际问题,展望了协同铁基材料活化过硫酸盐氧化技术发展方向和应用前景。     

尾水深度处理技术研究进展

城镇污水处理厂尾水残余物质成分复杂,稳定性强难降解,进入自然水体可能会对生态环境产生深远影响。目前,针对处理厂生化尾水的主流深度处理技术有通过离子交换、过滤、吸附等物理分离技术将污染物从尾水中分离;以芬顿、类芬顿的研究为主,基于过硫酸盐活化的高级氧化技术;采用强化挂膜提高微生物量、引入藻菌共生体系、人工湿地,以这类小微型生态系统对尾水实现净化的生物强化技术。因此,本文对物理分离、高级氧化、生物强化等尾水深度处理技术进行总结,并同时对这些技术的进一步应用进行了研究与展望。     

预加入柠檬酸螯合亚铁对过硫酸盐降解土壤中农药的影响

螯合亚铁活化过硫酸盐可高效氧化降解土壤中有机污染物,但由于土壤组分的竞争效应,通常情况下修复药剂的利用效率较低. 本研究选取柠檬酸螯合亚铁(Fe2+-CA)为模型活化剂,考察了活化剂预加入对其活化过硫酸盐(PS)氧化降解不同土壤中农药、多环芳烃的影响. 结果表明:Fe2+-CA的预加入影响了柠檬酸螯合亚铁活化过硫酸盐体系(简称“Fe2+-CA/PS体系”)对土壤中莠去津的降解效果,土壤中莠去津的降解率与活化剂预加入时间的关系呈倒U型趋势线,其中在活化剂预加入约5 min时,莠去津的去除率(73.6%)达最大值,相比修复药剂直接加入体系的效果增加了17%. 相关测试表征显示,在活化剂预加入5 min的情况下硫酸根自由基的贡献增大,降低了土壤有机质对氧化剂的消耗,提高了过硫酸钠的有效利用率,促进了土壤中污染物的降解. 柠檬酸螯合亚铁预加入约5 min时促进Fe2+-CA/PS体系降解土壤中污染物的效应适用于不同过硫酸钠常用浓度、不同类型土壤和不同有机污染物(包括农药和多环芳烃),但促进效果通常与过硫酸盐用量、土壤类型、污染物种类有关. 莠去津污染土壤修复扩大规模试验证实,活化剂预加入5 min使Fe2+-CA/PS体系对含水率为饱和持水量80%的土壤中莠去津的降解效果提高了47%. 研究显示,Fe2+-CA预加入约5 min时对Fe2+-CA/PS体系降解土壤中有机污染物的促进效果最好.      

外场效应强化过硫酸盐氧化技术去除有机污染物的研究进展

环境中难降解有机物对生态环境及人体健康构成了巨大的威胁.近年来,外场效应活化过硫酸盐高级氧化技术在环境治理中得到了广泛研究.为进一步明确外场效应强化过硫酸盐活化技术的微观机制和污染物去除效能并拓宽其应用范围,综述了包括热场、US（ultrasonic,超声）场、电场、光场、磁场及压电场6类常见外场辅助过硫酸盐活化去除有机污染物的研究进展.结果表明:（1）热场、US场、电场及光场强化过硫酸盐活化技术去除污染物的效能、活化机理和实际应用价值已被进行详细的研究.（2）在上述场效应中,磁场仅应用于提高Fe⁰及相关复合物活化过硫酸盐的效果;而压电效应活化过硫酸盐技术作为新兴的技术手段,其相关的研究报告非常少.（3）目前的研究仍存在一些不足,如外场效应强化过硫酸盐活化技术的能源利用率、经济成本和实际应用潜能,以及降解过程中副产物的生态毒性等问题仍未进行深入的研究;压电强化过硫酸盐活化技术中压电材料和压电源的选择以及活化机理等内容依然存在空白;需解决多场耦合活化过硫酸盐技术存在的兼容性问题,其应用潜力也需进行评估.研究显示,外场效应强化过硫酸盐氧化技术具有高效的有机物去除能力,...     

生物炭对土壤酶活和细菌群落的影响及其作用机制

生物炭因其独特的理化性质能够提高土壤碳氮矿化速率及改善土壤微生态环境,因此探索生物炭调控土壤微生态环境与土壤酶活及其作用机制对改善土壤质量具有重要意义.采用大田试验方式研究不同生物炭施用水平0(CK2)、0.6(T1)、0.9(T2)、1.2(T3)和1.5(T4)t·hm-2以及完全空白对照(CK1:不施任何肥料和生...     

碳基吸附剂原位吸附底泥重金属离子研究进展

本文综述了碳基吸附剂去除湖泊底泥中重金属离子的研究进展,具体介绍了生物炭基吸附剂、碳纳米管基吸附剂以及氧化石墨烯基吸附剂在修复湖泊重金属污染底泥中的应用,分析了影响重金属污染底泥修复的影响因素.结果表明,生物炭基吸附剂,碳纳米管基吸附剂,氧化石墨烯基吸附剂以及改性碳基吸附剂均能够有效修复底泥重金属,抑制重金属的生物有效性,同时上覆水pH值、氧化还原电位、有机质和水体扰动会影响重金属修复效果.最后针对碳基吸附剂在修复底泥重金属方面的局限性,展望了未来碳基吸附剂修复湖泊重金属污染底泥的发展方向.     

厨余垃圾干湿压榨分离-水热炭化技术工程应用研究

以厨余垃圾干湿压榨分离-水热炭化技术的工程应用为研究对象,评估工程的运行效能,分析单位厨余垃圾处理的能耗情况,核算厨余垃圾处理成本。结果表明:该厨余垃圾处理工程日均处理量为115.32 t/d,厨余垃圾平均减量化率达到60.31%。厨余垃圾经干湿压榨分离-水热炭化处理得到的产物为干垃圾和水热炭,含水量分别为68.41%和35.92%,低位热值分别为5029.61 J/g和14424.80 J/g,与未处理的厨余垃圾相比,其燃烧性能大幅提升。厨余垃圾处理的单位能耗为46.26 kW·h/t,其中压榨处理环节的能耗只占总能耗的10.54%,水热炭化处理环节能耗占比最高,达到了72.14%。每吨厨余垃圾的处理成本为386.56元,水热炭化处理的成本占总成本的41.69%。该工程有效地实现了厨余垃圾的减量化与资源化,处理产物在制备垃圾衍生燃料、吸附材料、生物碳基肥料以及土壤改良剂方面具有很好的应用前景,为城市厨余垃圾处理工程建设提供提供了可靠的设计参考与技术支撑。     

农田土壤除草剂污染的修复技术研究进展

除草剂主要用于保护农作物免受杂草的侵害,是现代农业生产中用量最多的一类农药.然而,随着全球粮食需求的增加,除草剂的用量逐年增大,药效也不断增强,导致除草剂在农田土壤中出现累积、迁移转化和毒害作用等问题.为了降低除草剂给土壤-作物系统带来的生态风险,根据除草剂污染特征和区域农业生产规律研发绿色低碳修复技术,是目前生态环境领域需要关注的问题.基于此,整理了近年来关于农田土壤除草剂污染治理的相关报道,重点分析了修复技术的研究进展和应用案例,并对除草剂修复领域未来的发展动态进行了展望.目前应用于农田除草剂的修复技术主要有基于微生物修复、酶修复和植物修复的生物修复技术,以及基于生物炭基材料的吸附固定技术.其中,生物修复技术的发展相对成熟,已经应用于实际农田除草剂的修复治理工作,并形成了成功的修复案例.为了提升对农田土壤除草剂污染的修复效果,修复技术逐渐从单一模式向物理化学-生物多技术耦合模式发展,以充分发挥多技术集成应用的协同作用.     

氧化镁基生物质炭高效去除水体中磷的特性

利用花生壳为前驱体,在高温限氧条件下,将氧化镁(MgO)负载于生物质炭(BC)表面制备出氧化镁基生物质炭(MgOBC)复合材料.系统研究了MgO-BC对水体中P的吸附特性,并探讨了溶液pH值、接触时间、竞争离子等因素对P的吸附效果的影响.结果表明,P的最佳吸附初始pH为7~9,过酸过碱的环境均不利于P的吸附;P的吸附过程可在540 min内达到平衡,且动力学曲线较好地符合伪一级和伪二级动力学模型,拟合系数可达97.3%和99.0%;当Cl~-、HCO_3~-、NO_3~-等共存离子的量浓度达到P的10倍时,MgO-BC对P仍具有较强的吸附能力;P的吸附过程较好地符合Langmuir等温模型,拟合系数达99%,理论最大吸附容量为138.07 mg·g~(-1),远高于其它未经改性或改性的生物质炭和几种典型P吸附剂的吸附容量.此外,吸附P后的复合材料可作为肥料施入土壤,可有效实现P的再利用.综上所述,该MgO-BC复合材料在净化实际P污染水体中有着广阔的应用前景.     

生物质炭服务农田生态系统“碳中和”的机制和潜力研究进展

废弃植物生物质热解制备为生物质炭是碳源整合再利用的有效手段之一,既能减少生物质自然分解过程中CO₂排放,同时,生物质炭还田还可通过调控微生物活动和碳源利用效率来减少土壤本底有机碳矿化.此外,生物质炭对土壤通气性的改善有利于CH₄氧化;其多孔结构、高比表面积等性能有利于CO₂及可溶性有机碳等易损耗碳源的吸附固定,促进土壤有机碳的固持,增加土壤碳库容量和质量.在农田生态系统中合理施加生物质炭有利于提高植物光合固碳能力、增加植物生物量和作物产量,具有环境和经济双重效益.因此,生物质炭可借助土壤和植物两条途径助力农田生态系统中碳的减排增汇.然而,生物质炭的内源性污染物、异质性和持久性等导致其很可能具有长期的生态环境风险,仍需深入而广泛的研究.环境友好型生物质炭的制备、生物质炭的因地制宜策略等仍然是亟待解决的难题.未来研究建议在生物质炭促生增碳的相关机理、生物质炭的长期生态效应、生物质炭基“智慧土壤”的研发以及生物质炭制备工艺标准化和生产规模化等方面加强,实现生物质资源的高效整合与绿色应用,以期助力生物质炭还田技术的推广,更好地服...     

不同阻控措施对生菜中镉铅累积及品质的影响

为探索受重金属镉（Cd）和铅（Pb）复合污染农田的安全利用技术,实现农产品安全生产,采用盆栽试验,以低铅镉累积品种生菜（KCW）为供试材料,研究2种土壤钝化剂和5种叶面阻控剂对生菜中Cd和Pb累积及品质的影响.结果表明,不同阻控措施对生菜土壤pH值影响不同,其中施用45 g ·m^-2生物炭基钝化剂对提升土壤pH值差异最显著,较CK提高了0.8个单位;施用72 g ·m^-2腐殖酸钝化剂对降低生菜土壤pH值差异最显著,较CK显著降低了0.25个单位.在所有阻控措施中,施用45g ·m^-2生物炭基钝化剂对土壤有效态Cd含量的降低效果最好,较CK显著降低53%,施用135g ·m^-2生物炭基钝化剂对土壤有效态Pb含量的降低效果最好,较CK显著降低64%.喷施0.8% FAK-Zn叶面阻控剂不仅对降低生菜可食部Cd、Pb含量的阻控效果最佳,分别较CK显著降低77%和60%,且还显著降低生菜可食部Cd、Pb富集系数和根部向可食部的转运系数.不同阻控措施对生菜营养品质影响不同,其中0.4% FAK-Zn叶面阻控剂对可溶性蛋白提升效果最佳;0.6% FAK-Zn对可溶性糖提升效果最佳,0.4% FAK-Zn阻控剂对维生素C含量提升效果最佳.总之,施用生物炭基钝化剂可有效地修复受Cd和Pb复合污染的生菜土壤,而喷施FAK-Zn叶面阻控剂可有效地抑制生菜中Cd和Pb富集吸收转移,并能改善提升生菜营养品质,为重金属复合污染的蔬菜安全生产提供理论依据,促进资源与环境的循环利用.     

黄浦江江水和沉积物中汞的分布和形态特征

黄浦江江水的总汞、溶解态汞和颗粒汞含量变化较大,其平均值分别为(0.4±0.44)ng/mL、(0.27±0.42)ng/mL和(0.13±0.10)ng/mL,江水中汞以溶解态汞为主.黄浦江沉积物的总汞含量为70.52ng/g～387.30ng/g,平均汞含量为(204.03±97.41)ng/g.江水和沉积物中汞的沿江分布具有中游高,上游和下游低的特征,西渡—南浦大桥江段汞含量为整个黄浦江最高的江段,汞的分布特征与两岸工农业布局相一致.沉积物总汞与有机质显著相关,沉积物中高汞含量的地点都在高水汞点的下游,与河流的动力沉积特点一致.沉积物中汞以可交换态、腐殖酸结合态、残渣态为主,少量为碳酸盐结合态.从上游到下游,沉积物中可交换态汞具有两端高中间低的特点,而残渣态汞与此相反.在剖面方向上,沉积物中的汞主要集中在残渣态,少量为腐殖酸结合态,可交换态及碳酸盐结合态,随着深度增加残渣态所占比例不规则增加.愈接近长江口,沉积物中的重金属愈容易被重新激活.     

黄土高原纸坊沟流域不同植物叶片及枯落物的生态化学计量学特征研究

以黄土高原纸坊沟流域3种不同植物类型(乔、灌、草)下优势物种的叶片及其枯落物为研究对象,通过对其碳、氮、磷、钾含量及生态化学计量学特征的研究,探讨退化生态系统植物内稳性、NP限制率以及营养元素的回流关系,以期为黄土高原植被恢复与重建以及不同物种的合理配置提供合理建议,为完善生态化学计量学理论提供支撑.结果表明,不同植物类型叶片碳氮磷含量变化较小,钾含量变化较大,表现为草本植物叶片钾含量显著高于乔木与灌木;叶片在凋落前将大量的养分转移至其它器官,防止养分的流失,使得枯落物碳氮磷钾含量均小于叶片.碳、氮、磷、钾的回流率分别为6.16%~22.84%、24.38%~65.18%、22.38%~77.16%、60.99%~89.35%,其中碳、磷、钾的回流率以草本最大,磷的回流率以灌木最大.乔木与灌木叶片与枯落物N∶P、N∶K、C∶N比差异不显著,草本植物差异显著.植物叶片N∶P比变化范围为12.14~19.17,叶片枯落物N∶P比变化范围为12.84~30.67.通常将N∶P比为16作为评价植物生长受氮或者磷限制的临界值,不同植物类型叶片N∶P比表现为灌木(19.17)乔木(15)草本(12.14),说明该区灌木主要受磷含量的限制,草本植物主要受氮含量限制,乔木主要受氮磷含量共同限制.叶片钾含量与N∶P呈极显著的负相关,枯落物钾含量与C∶P比呈极显著的负相关.综合研究表明,该区3种植物类型碳氮磷含量无差异,钾含量差异显著,叶片碳氮磷钾回流率较大,不同植物类型受氮与磷限制作用不一致植物在生长演替阶段对氮磷等元素的累积与回归表现出一定的特异性.