电化学开关表面活性剂对芘的可逆增溶作用

表面活性剂增强修复技术(SER)是目前行之有效的有机污染土壤修复技术,但SER技术存在表面活性剂与污染物分离困难、易导致二次污染、成本高等问题.基于此,提出采用具有电化学开关特性的表面活性剂(N,N-二甲基二茂铁甲基十二烷基溴化铵,Fc12)代替SER技术中的常规表面活性剂,发展基于开关表面活性剂的可逆增强修复技术(RSER).选取芘作为目标物,研究了Fc12在氧化和还原态对芘的增溶作用以及常见环境因素,如pH和温度对Fc12可逆增溶的影响.结果表明,相对于氧化态Fc12,还原态Fc12在其临界胶束浓度(CMC)以上时对芘表现出显著的增溶作用,且增溶能力随表面活性剂浓度增大而增强.温度对Fc12的增溶作用影响显著,例如,还原态Fc12在浓度为3 mmol·L~(-1)、25℃条件下时,芘的表观溶解度为0.779 mg·L~(-1),当温度增加到40℃时,芘的表观溶解度为0.971 mg·L~(-1),其表观溶解度增加了24.6%;但氧化态条件下,芘的表观溶解度仅增加了6.5%;芘的解吸率(芘在还原和氧化态Fc12的表观溶解度差值与还原态Fc12增溶芘的比值)由63.67%增加到71.27%.pH也显著影响Fc12的增溶,当pH值在6—10范围变化时,还原态Fc12的增溶作用呈现先增加后减小的趋势,且在pH 9附近增溶能力最强,而pH 8时芘的解吸果最好.     

软脂酸和硬脂酸对铜绿微囊藻生长的抑制作用

研究了软脂酸和硬脂酸对产毒铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa生长的抑制效应,比较了长链饱和脂肪酸抑藻的构效关系。选用的藻种是购于中国科学院水生生物研究所的产毒铜绿微囊藻Microcystis aeruginosa FACHB-912,且实验藻种处于对数生长期。软脂酸和硬脂酸在藻液中的4种最终质量浓度为：30、60、90和120mg·L-1。实验周期为6d,每天定时定量取藻液,测量A（650nm）,叶绿素a含量,藻蓝蛋白含量。实验结束后,采用SPSS（13.0版本）软件和DPS（7.05版本）分析加入这2种脂肪酸的藻液的3个指标与空白对照之间的差异显著性。结果表明,2种饱和脂肪酸的4种质量浓度对产毒铜绿微囊藻均有显著的抑制作用,浓度越大,抑藻效果越明显。其中,2种饱和脂肪酸在相同浓度的条件下,软脂酸比硬脂酸的抑制作用要明显。实验技术方面有2个创新点：①因为长链饱和脂肪酸无法溶于蒸馏水,实验采用乙醇来溶解脂肪酸。②因为溶于乙醇的长链饱和脂肪酸溶液无法用高压灭菌锅灭菌,实验采用微孔滤膜对脂肪酸溶液进行灭菌。     

城市污泥重金属钝化试验研究

研究了城市污水厂污泥好氧堆肥过程中的重金属钝化规律.由蘑菇渣、磷矿粉、鸡粪、高温菌种与城市污泥组成的试验堆体在微生物作用下快速干化.经过30天的好氧堆肥,试验堆体稳定态铬的比例达到了67~80%,稳定态铜的比例达到了31~41%,稳定态镍的比例达到了49~57%,稳定态锌的比例达到了46~55%,稳定态锰的比例达到了56~64%,污泥重金属的生物活性和毒性减少.生成的复合有机肥施用于园林绿化.图5,表2,参5.     

胡敏素和磷酸盐联用对土壤中铜的钝化

本文研究了胡敏素和磷酸二氢钾(KH_2PO_4)单独施用以及胡敏素和KH_2PO_4联用等不同情况下,污染土壤中重金属Cu形态的动态变化;采用TCLP(Toxic characteristic leaching procedure)法评价了不同配比钝化剂对污染土壤中Cu的钝化作用,以土壤中典型的根系分泌物酒石酸作为重金属解吸剂来模拟研究土壤中小分子有机酸对Cu钝化后的产物形态变化的影响.结果表明,土壤添加胡敏素和KH_2PO_4能够不同程度地升高土壤pH值,二者联用使酸性土壤pH值从4.90升高到5.22—5.30;添加不同比例的胡敏素和KH_2PO_4均降低了土壤TCLP提取态和酸提取态Cu含量,且P/Cu摩尔比为4∶1时,土壤TCLP提取态和酸提取态Cu含量分别降低了67.8 mg·kg~(-1)和104.5 mg·kg~(-1),而残渣态的Cu含量增加了17.3 mg·kg~(-1).胡敏素和KH_2PO_4联用的效果显著优于二者单独使用;土壤溶液中存在的根系分泌物成分酒石酸对土壤中的Cu具有解吸作用,解吸率随酒石酸浓度增加而提高.胡敏素和KH_2PO_4的联用减少了Cu的解吸,降低了Cu的迁移性.     

重金属钝化剂对蔬菜-土壤系统Cd和Pb的钝化效果研究

农产品重金属污染问题日益受到人们的关注。采用土培盆栽试验方法,以还原铁粉、硫磺、氢氧化钙等为主要原料,按一定的质量比例(1:0:0,Fe_1;15:1:0,Fe_2;3:0:10,Fe_3;15:1:50,Fe_4)制备成几种含铁复合重金属钝化剂,研究了施用几种含铁重金属钝化剂对蔬菜(小白菜Brassica campestris L.ssp.和空心菜Ipomoea aquatica Forsk)产量、蔬菜重金属Cd和Pb含量及其土壤重金属Cd和Pb形态含量的影响规律。结果表明:在污染土壤常规施用化肥处理(污染土PS+化肥CF)的基础上,添施几种含铁的重金属钝化剂处理(即PS+CF+Fe_1、PS+CF+Fe_2、PS+CF+Fe_3和PS+CF+Fe_4)均可在一定程度上提高蔬菜的生物产量、降低蔬菜重金属Cd和Pb含量,并提高蔬菜收获后土壤p H值、减少土壤有效态Cd和有效态Pb的含量。其中,PS+CF+Fe_4处理效果最佳,与对照(PS+CF)处理相比,提高了蔬菜生物产量48.54%,降低蔬菜重金属Cd含量51.15%~71.31%、Pb含量10.63%~68.68%,提高土壤p H值42.03%、减少土壤中有效态Cd含量18.01%、Pb含量41.04%;通过对蔬菜收获后土壤重金属Cd、Pb组分进行X射线衍射分析可知,PS+CF+Fe_4处理后土壤Cd、Pb主要以Cd_3(PO_3)_2、Pb(PO_2)_2、Pb_3O_2SO_4、CdCa_2(PO_4)_2等几种难溶性化合物形态存在,这进一步验证了该复合重金属钝化剂的钝化效果。因此,该含铁重金属钝化剂(Fe_4)对Cd、Pb污染农田土壤具有较好的推广应用前景。     

铁基生物炭钝化Cd大田试验研究

近年来,稻田Cd污染引起的环境及健康问题日益突出。应用钝化技术对土壤中有效性Cd进行钝化对稻田生态系统中Cd的生物地球化学循环具有重要的理论和实际意义。在广东省韶关市仁化县董塘镇红星村一受Cd污染的稻田上,设置大田试验,研究铁基生物炭对Cd在大田土壤-水稻系统迁移的影响以及对作物产量的影响。试验共设6个处理:(1)空白对照;(2)每一季水稻插秧前,一次性施加1500 kg·hm^-2的普通生物炭;(3)每一季水稻插秧前,一次性施加75 kg·hm^-2的零价铁(Fe0);(4)每一季水稻插秧前,一次性施加1500 kg·hm^-2、ω(Fe)=1%的铁基生物炭(ω(Fe)=1%in Fe-Biochar);(5)每一季水稻插秧前,一次性施加1500 kg·hm^-2、ω(Fe)=3%的铁基生物炭(ω(Fe)=3%in Fe-Biochar);(6)每一季水稻插秧前,一次性施加1500 kg·hm^-2、ω(Fe)=5%的铁基生物炭(ω(Fe)=5%in Fe-Biochar)。结果表明:(1)施用生物炭、铁粉和铁基生物炭土壤钝化调理剂可以增加水稻产量,显著降低籽粒重金属Cd含量;(2)施用铁基生物炭可以显著增加水稻根表铁膜Fe含量,同时显著增加水稻根表铁膜固定的Cd量,抑制重金属Cd向籽粒的运输累积。综合考虑施用成本和钝化效果,对于Cd污染稻田,建议施用1500 kg·hm^-2、ω(Fe)=3%的铁基生物炭材料。     

海泡石和磷酸盐对镉铅污染稻田土壤的钝化修复效应与机理研究

采用盆栽实验,研究了海泡石、酸改性海泡石以及二者与磷酸盐联合使用对镉铅复合污染稻田土壤的钝化修复效果,并通过培养实验和重金属形态分析探讨了不同钝化剂处理的作用机理。结果表明：添加海泡石可以显著提高污染土壤pH值,而磷酸盐和改性海泡石则对土壤pH值无显著影响。钝化处理能显著降低土壤TCLP提取态Cd、Pb的质量分数,最大降低率分别可达23.3%和47.2%,钝化剂复配处理对土壤TCLP提取态重金属的抑制效果优于单一处理。施用海泡石和磷酸盐,通过提高土壤pH值、物理化学吸附以及生成矿物沉淀等作用,可以促进污染土壤中的Cd、Pb由活性高的交换态向活性低的残渣态转化,从而显著降低Cd、Pb的生物有效性和迁移能力。添加钝化剂可以显著提高水稻各部位的产量,稻谷和稻草的最大增产率分别为34.3%和26.6%;钝化剂复配处理对水稻的增产作用明显优于单一处理。施用钝化剂可以显著降低水稻各部位的Cd、Pb质量分数,最大可使精米的Cd、Pb质量分数分别降低35.8%和40.9%,钝化剂复配处理对水稻吸收Cd、Pb的抑制作用明显优于单一处理,海泡石和磷酸盐复配处理中精米的Cd、Pb质量分数符合国家食品卫生标准要求。综合分析不同钝化处理的增产作用、降低作物Cd、Pb吸收以及土壤Cd、Pb可迁移性的作用可知,海泡石与磷酸盐复配处理对稻田土壤Cd、Pb复合污染的钝化修复效果最佳。     

粉葛废弃物对土壤重金属镉的钝化效果研究

通过室内培养试验,研究了粉葛废弃物(质量比:1％、2％、3％、4％、5％)对镉(Cd)污染农田土壤pH、有机质及Cd赋存形态的影响.结果表明,经49 d修复后,与对照相比,添加粉葛废弃物处理的土壤pH升高了0.34～1.19,有机质增加了2.23～10.00 mg/kg,Cd弱酸提取态降低了6.61％～26.64％,C...     

酸改性坡缕石对Ni和Cr污染土壤的钝化效果

通过钝化实验与盆栽实验研究酸改性坡缕石对土壤中重金属Ni和Cr的钝化效果及植物富集的影响,结合可迁移性因子、钝化容量和修复效率对钝化效果进行评价.结果表明,10%和12.5%浓度硫酸处理72 h后的坡缕石对土壤中Ni和Cr的钝化效果显著高于原矿和其它酸改性处理,与对照相比,钝化容量分别提高了4.96倍与6.57倍.种植在这两种酸改性坡缕石钝化土壤中的植物内Ni和Cr的富集量显著低于其它钝化处理,富集量降低了79.77%与61.13%.随着酸改性坡缕石添加量的增加,重金属Ni与Cr由酸溶态转化为稳定性较强的可氧化态与残渣态,可迁移性因子整体降低,钝化容量和修复效率提高.酸改性坡缕石添加量为16 g·kg^-1时,修复效率和钝化效果显著高于其它处理.酸改性可显著提高坡缕石对土壤重金属的钝化修复效能,并且,酸改性坡缕石具有规模化应用在土壤重金属污染原位修复工程中的潜力.     

腐殖酸和含磷物质对模拟铅污染农田土壤的钝化效应

利用磷酸二氢铵、过磷酸钙、羟基磷灰石与腐殖酸单独以及复配施用对模拟铅(Pb)污染农田土壤进行钝化处理,采用乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)浸提法、生物可利用性提取(physiologically based extraction test,PBET)评价Pb污染土壤的钝化效果,并通过BCR形态分级实验研究钝化前后土壤Pb形态的变化,探讨不同钝化剂的修复机理.结果表明,施用不同的钝化剂均能降低土壤EDTA和PBET提取态Pb的质量分数,腐殖酸与磷酸盐复配施用的效果优于单一钝化剂处理,腐殖酸与羟基磷灰石(P/Pb物质的量比为2.4)复配施用时效果最明显,土壤EDTA和PBET提取态Pb的质量分数分别降低了29.7%、18.1%;BCR形态分级实验表明,添加钝化剂可有效减少土壤活性较高的弱酸提取态Pb的含量,增加活性较低的残渣态Pb含量,与单一钝化剂处理相比,腐殖酸和磷酸盐复配施用效果更好,尤其是与难溶性的羟基磷灰石复配施用效果最显著.     

不同氮磷钾肥对海泡石钝化修复镉污染土壤的稳定性研究

选取尿素、碳铵、普钙、钙镁磷肥、KCl和K_2SO_4为典型化肥,以海泡石为钝化材料,通过连续2 a水稻盆栽试验研究了施用不同化肥对海泡石钝化修复镉污染土壤稳定性的影响。结果表明,添加海泡石后水稻糙米中w(Cd)显著降低,第1年和第2年的降幅分别为41.4%和32.7%。在海泡石钝化的基础上施碳铵和钙镁磷肥在连续2 a试验内均降低了糙米中w(Cd);第1年的降幅分别为28.4%和26.9%;第2年的降幅分别为2.1%和11.4%。KCl和普钙在2 a内均增加了糙米中w(Cd),其增幅分别为31.6%、39.3%(第1年)和9.24%、53.8%(第2年)。施尿素第1年使水稻糙米中w(Cd)降低了49.93%;第2年使水稻糙米中w(Cd)增加了23.51%。施K_2SO_4第1年使水稻糙米中w(Cd)增加了36.57%;第2年降低了3.29%。此外,第1年海泡石对Cd的稳定效率远远大于第2年。但2 a均能对Cd污染土壤起到良好的钝化修复效果,第1年试验结果显示,添加不同肥料均降低了Cd的稳定性,其中钙镁磷肥的降低幅度最小,KCl的降低幅度最大;第2年尿素和碳铵使Cd的稳定率分别降低了4.54%和10.2%;而钙镁磷肥、普钙、KCl和K_2SO_4使Cd的稳定效率均有所增加。综合考虑不同肥料对水稻糙米中Cd的富集以及不同肥料对海泡石钝化能力的稳定性的影响,在海泡石钝化修复Cd污染土壤过程氮磷钾肥分别推荐使用碳铵、钙镁磷肥和K_2SO_4。     

凹凸棒粘土对镉污染农田的原位钝化修复效果研究

原位钝化修复在重金属污染土壤修复中有着不可替代的作用,而修复材料在污染农田中的长期应用效果一直是人们关注的焦点。通过野外大田钝化修复试验,研究了不同添加剂量(0、1.25、1.75、2.50、3.25 kg·m~(-2))凹凸棒粘土对镉(Cd)污染土壤理化性质及对水稻(Oryza sativa L.)和小麦(Triticum aestivum L.)吸收Cd的影响,采用梯度扩散薄膜技术(DGT)评价修复前后土壤中生物可利用态Cd含量的变化。结果表明,施用凹凸棒粘土显著抑制水稻和小麦籽粒中Cd富集量,第一季降幅分别为68.8%~83.3%与54.7%~75.5%,其中2.5 kg·m~(-2)施加剂量对Cd污染土壤的修复效果最佳。施加凹凸棒粘土同样抑制了作物对Zn、Ni等其他重金属的吸收,而对Se吸收影响并不显著。施加凹凸棒粘土显著提高了土壤p H、阳离子交换量(CEC)和土壤细颗粒含量,相关性分析表明,水稻和小麦籽粒中Cd含量与土壤p H呈极显著负相关性(相关系数分别为-0.72和-0.64),推测土壤p H的升高是导致水稻、小麦籽粒中重金属含量降低的一个重要原因。不同施用量凹凸棒粘土均在一定程度上降低了土壤DGT提取态Cd含量,分别下降了82.8%、85.1%、84.4%和67.1%。连续3年原位钝化修复效果跟踪观察结果表明,凹凸棒粘土可持续降低水稻和小麦籽粒中Cd含量,1.25 kg·m~(-2)和1.75 kg·m~(-2)处理组产出的水稻籽粒中Cd含量由2014年的0.140 mg·kg~(-1)与0.215 mg·kg~(-1)分别降低为2016年的0.094 mg·kg~(-1)和0.120 mg·kg~(-1)。综上,凹凸棒粘土在修复Cd污染农田土壤方面具有广阔的应用前景。     

多功能高铁絮凝剂电化学合成的机理和条件

本文研究了采用电解加复合稳定剂的方法制备ＦｅＯ４＾２－絮凝剂的电化学与溶液化学过程机制，分析了ＯＨ＾－膜平衡过程对ＦｅＯ４＾２－形成的影响，探讨了ＦｅＯ４＾２－水溶液分解的诱发因素，初步确定了ＦｅＯ４＾２－电化学合成的最佳条件。研究结果表明，适宜的电量参数，合理的电解液组成和高效的ＯＨ＾－膜渗透是顺利进行稳定化ＦｅＯ４＾２－电解合成的三个要素。     

以表面处理大肠杆菌为模型的电化学微生物传感器在毒性检测领域的应用

本文以铁氰化钾为探针,采用电化学方法监测铁氰化钾还原产物的量的变化,进而考察经不同时间、不同浓度的Triton X-100预处理表面的大肠杆菌(E.coli)活性及对毒物毒性灵敏度的变化.同时,结合扫描电镜(SEM)及生长曲线实验考察E.coli形貌及繁殖能力的变化,确定最优预处理条件.电化学分析结果表明,Triton X-100的使用量和作用时间分别为2%和1 h时,E.coli因呼吸作用而产生的电信号值最高;随着Triton X-100作用时间的增加,E.coli细胞活性逐渐减弱,当处理时间达到4 h,E.coli的细胞活性甚至低于未处理细胞.SEM结果表明,相对于未处理的细胞,经2%Triton X-100处理1 h时的E.coli的细胞壁通透性增加.此外,E.coli生长曲线实验结果证明,经2%Triton X-100处理1 h后,E.coli亲代细胞的繁殖活性有所下降,但子代的繁殖活性未受明显影响.根据条件优化的结果,经2%Triton X-100处理1 h的E.coli被用于3,5-二氯苯酚(DCP)的毒性检测,作用1 h后的半数抑制率(IC50)为6.60 mg·L-1.而采用未经处理的E.coli与6.60 mg·L-1的DCP作用1 h后产生的抑制率仅为34.4%.同时,优化菌株及对照菌株分别被应用于7份实际水样的毒性检测,其抑制率范围分别为4.37%—5.90%及2.24%—3.69%.可见,经2%Triton X-100预处理1h的E.coli活性及对毒物毒性灵敏度均有所提高,更加适用于水质毒性检测.     

广西刁江流域Cd和Pb复合污染稻田土壤的钝化修复

采用田间小区试验,研究施用海泡石、石灰和磷酸盐对广西刁江流域Cd和Pb复合污染稻田土壤的钝化修复效应,并通过土壤重金属形态分析探讨不同钝化剂的作用机理。结果表明,添加钝化剂可显著提高稻谷和秸秆产量,最大增产率分别可达25．4％和28．3％,其中海泡石与磷酸盐复配处理增产效果最佳。施用钝化剂可以有效降低水稻各部位重金属含量,水稻糙米Cd和Pb含量最大降幅可达65．12％和61．86％;钝化剂复配处理对水稻地上部Cd和Pb含量的降低效果明显优于单一处理,其中海泡石和磷酸盐或石灰复配处理糙米cd含量符合GB2762--2005《食品中污染物限量》。不同钝化处理均能显著降低土壤TCLP（毒性特性浸出程序）提取态cd和Pb含量,最大降幅分别为28．86％和45．60％,其中钝化剂复配处理对土壤TCLP提取态重金属的抑制效果优于单一钝化处理。总体而言,海泡石与磷酸盐复配处理对广西刁江流域重金属复合污染稻田土壤的钝化修复作用最佳。     

基于光谱学和电化学方法的莠去津毒理作用评价

为探索莠去津对DNA的损伤及其毒性作用机制,采用紫外吸收光谱法、荧光光谱法以及电化学方法研究了莠去津与鲱鱼精DNA的相互作用,探讨了二者形成DNA加合物的作用方式.结果表明,莠去津与鲱鱼精DNA作用后,莠去津的紫外光谱呈现减色效应,并有轻微红移现象,而其荧光光谱强度明显增强;循环伏安法显示莠去津与DNA作用能引起莠去津还原电位正移,峰电流减小.以上实验结果表明,莠去津平面分子能够嵌插到DNA双螺旋链中,形成较稳定的加合物.采用电化学方法测得莠去津与鲱鱼精DNA的结合比为1:1,结合常数为1.2×105.该研究为莠去津毒理作用评价提供了一种简便的方法。     

利用合成沸石钝化污染土壤的镉

合成沸石颗粒(synthetic zeolite pellets)加入受镉污染的土壤中能显著地降低一系列作物根部和地上部的锅浓度。合成粗霞正长岩族(synthetic foyazite group)沸石4 A型和13X型的应用,在用量为土重的1％时,与没有加沸石的相比较,引起盆栽莴苣叶片中镉浓度的降低达86％。这些物质对减少镉进入食物链。井作为一种净化剂的潜在价值正受到人们的关注。     

再生水环境中杀菌剂对SS316L表面生物膜活性与电化学行为影响

本文应用生物化学和电化学分析方法研究了发电厂循环水系统常用杀菌剂NaClO和十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)对硫酸盐还原菌(SRB)脱氢酶活性,胞外聚合物(EPS)以及对不锈钢SS316L表面生物膜电化学行为的影响.结果表明,2种杀菌剂均有效地降低了细菌脱氢酶活性和细菌代谢产物EPS中多糖和蛋白质的含量.其中NaClO和1227对多糖削减水平相当,平均降幅均为72 mass%;NaClO对蛋白质削减效果较为明显,平均降幅为60 mass%,而1227对蛋白质的平均降幅为48 mass%.添加2种杀菌剂后,SS316电极表面溶解电流随时间缓慢下降,表明这两种杀菌剂在一定程度上能够减缓SRB生物膜对SS316L表面的电化学腐蚀.1227能够维持SS316电极表面较为稳定的溶解电流和钝化区间.