2种水稻土胶体界面五氯酚的还原脱氯转化

研究了紫泥田和浅脚紫泥田2种水稻土胶体界面五氯酚(PCP)的还原转化效果,以及添加Fe2+或草酸对五氯酚还原转化效果的影响.采用表观一级反应动力学描述土壤胶体界面五氯酚的转化过程.结果表明,紫泥田和浅脚紫泥田土壤胶体界面五氯酚的还原转化动力学常数分别为0.0375d-1和0.0430d-1,半衰期分别为18.5d和16.1d;厌氧条件下水稻土胶体中铁氧化物还原溶解产生的吸附态Fe2+对五氯酚具有一定的还原转化能力.添加1.0mmol·L-1Fe2+或1.0mmol·L-1草酸均能显著促进土壤胶体界面五氯酚的还原转化和氯离子的产生,紫泥田土壤胶体界面五氯酚的还原转化半衰期分别减少到9.6d和6.0d,浅脚紫泥田土壤胶体界面五氯酚的转化半衰期分别减少到7.9d和3.0d.草酸促进作用更加显著的原因是铁-草酸配合物的生成.土壤胶体界面五氯酚的还原转化、脱氯效率与土壤胶体的比表面积、吸附态亚铁离子浓度有一定的正相关关系.促进土壤中吸附态亚铁离子和草酸等低分子量有机酸的产生能显著促进有机氯的还原转化.     

土壤还原过程对氯代有机污染物还原脱氯的影响与机制

自然环境中,大多数氯代有机污染物厌氧还原脱氯反应是与土壤环境中一些生源要素的生物化学还原过程相伴生。有机污染物的种类、生物有效性以及毒性能够显著影响这些生源要素的转化,反过来,土壤中活跃的氧化还原反应也可以显著影响有机污染物的动力学转化过程。本文从氧化还原顺序上综述了反硝化过程、铁还原过程、硫酸盐还原过程和产甲烷过程对氯代有机污染物厌氧还原脱氯过程的影响与作用机制,旨在为氯代有机污染物在厌氧环境中还原脱氯的过程与机理的进一步研究、以及还原脱氯与微生物介导的生源要素氧化还原过程的耦合作用机制的揭示提供参考。     

微氧生物亚铁氧化及其重金属固定效应研究进展

铁的生物地球化学循环对于多种环境过程至关重要,如碳封存、温室气体排放以及营养元素和有毒金属的迁移和转化。近年来,随着分离培养方式及分子生物学方法的发展,作为铁循环的重要组成部分的微氧生物铁氧化的研究取得了显著的进展。微氧型亚铁氧化菌广泛分布于近中性环境中,其分离栖息地从地下水、湿地、溪流延展至深海环境。微氧生物亚铁氧化成矿过程主要发生在细胞表面,生成比表面积较大的无定型铁氧化物。大部分微氧型亚铁氧化菌通过形成鞘状或螺旋柄状结构的胞外多聚物吸附生成的铁氧化物,防止自身被铁氧化物包埋,导致无法正常代谢而死亡。亚铁氧化成矿过程可吸附和共沉淀重金属元素,降低重金属的移动性和生物可利用性,从而缓解重金属的污染,为治理环境污染提供新的思路。文章主要总结了近年来国内外对嗜中性微氧型亚铁氧化菌的研究进展,包括其代谢特征、种类及分布、以及亚铁氧化菌的成矿机制和成矿过程对重金属迁移转化的影响。最后对如何快速有效地分离微氧型亚铁氧化菌、明确成矿过程中的特殊结构的形成机制等问题进行了讨论和展望。     

草酸与铁氧化物相互作用及光化学活化分子氧过程的研究进展

草酸与铁氧化物共存于自然环境中,二者之间的相互作用及光化学行为强烈影响着分子氧的活化.而分子氧活化影响共存体系中污染物的迁移与转化,是发展绿色污染控制氧化技术的关键.因此,探讨草酸与铁氧化物之间的相互作用与光化学活化分子氧是目前的研究热点之一.本文系统总结了近年来围绕草酸与铁氧化物相互作用以及草酸诱导铁氧化物活化分子氧的研究成果,论述了草酸在铁氧化表面的吸附与转化特性、草酸铁络合物光化学过程以及活性氧产生与转移途径,同时探讨了上述过程对环境污染物降解的影响,借此加深理解草酸诱导铁氧化物环境光化学行为与活化分子氧原理,并对今后的研究发展方向提出了展望,以期为利用天然铁氧化物和有机质发展原位环境修复技术提供依据.     

几种粘土矿物和粘粒土壤吸附净化磷素的性能和机理

通过磷素等温吸附实验和磷素饱和吸附后磷素的形态变化,研究了高岭土、蒙脱土、凹凸棒土、蛭石和沸石5种粘土矿物,以及黄褐土和下蜀黄土2种粘粒土壤中磷素的吸附净化性能和机理,结果表明：除高岭土和沸石以外,其它类型的粘土矿物和粘粒土壤均有较好的磷素吸附净化能力,蛭石的磷素吸附净化能力最强,其次为黄褐土、凹凸棒土、蒙脱土和下蜀黄土．粘土矿物和粘粒土壤磷素的吸附能力与其化学组成关系密切,表现为全钙及水溶性钙、胶体氧化铁和胶体氧化铝含量愈多,其磷素的吸附量愈大,磷素的净化能力愈强．此外,粘土矿物和粘粒土壤磷素饱和吸附后的形态转化也受其化学组成的影响,表现为全钙及水溶性钙、胶体氧化铁和胶体氧化铝含量较高,其对应形成的磷酸钙盐、磷酸铁盐和磷酸铝盐含量较高,粘土矿物和粘粒土壤吸附磷素的机制主要为化学吸附,包括专性化学吸附和非专性化学吸附．     

环境中植酸的分布、形态及界面反应行为

肌-肌醇六磷酸(myo-inositol-1,2,3,4,5,6-hexakisphosphate,IHP,myo-IP6)简称植酸(Phytic acid或phytate),是大多数土壤中最为丰富的有机磷,它在环境中的界面反应影响着磷素的迁移、循环、转化、生物有效性以及环境效应.本文简要总结了环境中植酸的分布与形态,并综述了其界面反应,包括铁铝氧化物、粘土矿物、碳酸钙等对植酸的吸附解吸,多价阳离子与植酸的络合反应以及沉淀作用.土壤矿物对植酸的吸附影响其转化和生物有效性,矿物对植酸磷的吸附量一般远高于正磷酸盐.其中,弱晶质铁铝(氢)氧化物对植酸的吸附能力一般较晶形铁铝(氢)氧化物大很多.同时,分析了矿物类型、介质pH、温度、共存离子等环境条件对植酸界面反应的影响,植酸吸附对矿物表面电荷性质、颗粒大小和分散稳定性等的作用,以及植酸在金属污染土壤修复中的应用前景.最后讨论了环境中植酸的主要研究热点和方向.     

铁循环微生物对环境中重金属的影响研究进展

铁循环微生物包括铁氧化菌(Fe(Ⅱ)-oxidizing bacteria,FeOB)和铁还原菌(Fe(Ⅲ)-reducing bacteria,FeRB),在由它们介导Fe²⁺(Fe³⁺)氧化(还原)的过程中,往往也伴随着一系列重金属元素的迁移转化,对重金属在环境中的生物有效性和迁移性方面有重要作用.本文综述了环境中的铁循环微生物,针对铁循环微生物驱动重金属迁移转化的作用机制,分别从铁氧化菌氧化亚铁生成铁矿物对重金属的固定,铁还原菌介导铁矿物还原溶解及次生矿物生成,以及铁循环微生物代谢耦合重金属形态转化方面进行阐述;进一步通过研究实例综述了铁循环微生物对环境中砷、镉、铬、铜、铅等重金属的作用及修复潜力;未来的研究可关注特定微生物的成矿机制,生物成矿对重金属固定的调控,以及重金属复合污染场地的铁循环微生物修复应用等方面.本文以期为基于铁循环微生物的重金属污染修复提供理论指导和应用依据.     

零价铁还原脱氯污染土壤中PCBs的实验研究

利用零价铁或铁的双金属对模拟污染土中多氯联苯(PCBs)在常温常压下的还原脱氯情况进行实验研究.采用高效离子色谱分析样本,结果表明:零价铁或者镍(Ni)铁双金属对土壤中浓度为5 mg·g-1的PCBs有一定的脱氯效果;当PCBs浓度降低为1 mg·g-1时只有钯(Pd)含量为0.05%的钯铁处理具有显著的脱氯效果;升高土壤温度到45℃,或者简单加入醋酸、活性炭、石墨以及硫粉等处理均不能有效提高脱氯效果;先添加硫粉和水培养,使土壤氧化还原电位降低后,添加含铜(Cu)为2%的铜铁及含钴(Co)为1%的钴铁双金属对土壤中的PCBs有明显的脱氯效果.     

环境中汞微生物转化研究进展

汞(Hg)污染是全球最为关注的环境问题之一.Hg的不同形态之间毒性差异大,其以有机形态存在的甲基汞(MeHg)具有强神经毒性,且能在生物体内富集,具有很强的健康与生态风险.环境中不同形态的Hg可以在生物与非生物作用下进行转化,特别是微生物在一定条件下驱动着Hg的甲基化、去甲基化、还原与氧化,从而影响Hg的移动性和生物有效性.因此,理解微生物参与Hg转化的特征与机制对人体健康和生态环境都有着重要的意义.已有不少研究报道了Hg的微生物转化过程,但缺乏一个系统的总结与归纳.本文综述了关于Hg微生物甲基化、去甲基化、还原和氧化的最新研究进展,重点讨论Hg甲基化微生物类群,分析了微生物对Hg的甲基化和还原机制,以及影响Hg甲基化过程的主要环境因子,并提出未来关于Hg微生物转化的研究方向与重点.     

微生物介导的硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿研究进展

铁氧化微生物驱动的亚铁氧化过程是铁循环的重要组成部分。在中性厌氧环境中,硝酸盐还原亚铁氧化微生物可通过还原硝酸盐耦合氧化亚铁的过程影响污染物的降解及重金属的迁移转化等,对环境保护具有重要意义。文章主要综述了近年来有关硝酸盐还原亚铁氧化微生物驱动的不同形态亚铁氧化的成矿过程,成矿机制及其对微生物和环境的影响等。在亚铁氧化成矿的过程中,有机配体态和固态亚铁的氧化成矿主要发生在细胞表面,而小分子的无机溶解态亚铁还可继续进入细胞周质甚至细胞内膜氧化成矿。不同的培养条件(如缓冲液)和微生物种类也会影响成矿过程的反应速率从而影响矿物的结晶度。根据成矿的氧化剂不同,将成矿机制分为硝酸盐还原产物亚硝酸盐与亚铁反应的化学成矿机制与微生物利用铁氧化酶直接氧化亚铁的生物成矿机制。此外,硝酸盐还原耦合亚铁氧化成矿过程中所产生的细胞表面结壳现象,影响了不同微生物的新陈代谢过程,甚至会导致细胞死亡。而对于环境中的污染物,成矿过程可吸附和共沉淀多种重金属,从而降低重金属的污染,为治理环境污染提供了新思路。文章还分别对如何进行成矿过程的微观机制及其贡献的评估研究,以及如何更有效地利用成矿过程于环境污染治理中等问题进行了讨论和展望。     

Redox reactions of iron and manganese oxides in complex systems

• Mechanisms of redox reactions of Fe- and Mn-oxides were discussed. • Oxidative reactions of Mn- and Fe-oxides in complex systems were reviewed. • Reductive reaction of Fe(II)/iron oxides in complex systems was examined. • Future research on examining the redox reactivity in complex systems was suggested. Conspectus Redox reactions of Fe- and Mn-oxides play important roles in the fate and transformation of many contaminants in natural environments. Due to experimental and analytical challenges associated with complex environments, there has been a limited understanding of the reaction kinetics and mechanisms in actual environmental systems, and most of the studies so far have only focused on simple model systems. To bridge the gap between simple model systems and complex environmental systems, it is necessary to increase the complexity of model systems and examine both the involved interaction mechanisms and how the interactions affected contaminant transformation. In this Account, we primarily focused on (1) the oxidative reactivity of Mn- and Fe-oxides and (2) the reductive reactivity of Fe(II)/iron oxides in complex model systems toward contaminant degradation. The effects of common metal ions such as Mn²⁺ , Ca²⁺, Ni²⁺, Cr³⁺ and Cu²⁺, ligands such as small anionic ligands and natural organic matter (NOM), and second metal oxides such as Al, Si and Ti oxides on the redox reactivity of the systems are briefly summarized.     

Iron oxidation-reduction and its impacts on cadmium bioavailability in paddy soils: a review

Redox conditions in paddy soils may vary as they are submerged and drained during rice growth. This change may bring about reductive dissolution of iron (Fe) oxides and subsequent formation of secondary Fe-bearing minerals in rice paddies. The mobility and bioavailability of metal contaminants such as cadmium (Cd) in paddy soils are closely related to the chemical behaviors of Fe. Therefore, in this paper, advances in the study of paddy Fe redox transformations and their effects on Cd availability to rice are briefly reviewed. Current concepts presented in this review include the forms of Fe in paddy soils, the reactions involved in Fe oxidation-reduction, chemical factors affecting Fe redox processes, Cd availability to rice and the impacts of Fe transformation on Cd uptake and translocation in rice. Prospects for future research in this area are also discussed.     

Degradation of chlorinated phenols by nanoscale zero-valent iron

Chlorophenols (CPs), as important contaminants in groundwater, are toxic and difficult to biodegrade. Recently nanoscale zero-valent iron received a great deal of attention because of its excellent performance in treating recalcitrant compounds. In this study, nanoscale zero-valent iron particles were prepared using chemical reduction, and the reductive transformations of three kinds of chlorinated phenols (2-CP, 3-CP, and 4-CP) by nanoscale zero-valent iron under different conditions were investigated. The transformation process of the CPs was shown to be dechlorination first, then cleavage of the benzene ring. The removal efficiency of the CPs varied as follows: 2-CP > 3-CP > 4-CP. The reactivity of CPs was associated with their energy of lowest unoccupied molecular orbit (E _LUMO). With the increase in initial concentrations of CPs, removal efficiency decreased a little. But the quantities of CPs reduced increased evidently. Temperature had influence on not only the removal efficiency, but also the transformation pathway. At higher temperatures, dechlorination occurred prior to benzene ring cleavage. At lower temperatures, however, the oxidation product was formed more easily.     

土壤中氧化铁的有机还原溶解动力学

研究了土壤中的氧化铁被两种酚化合物还原而溶解的动力学，结果表明，在ｐＨ恒定和有机还原剂过量的情况下，氧化铁的还原溶解符合一级反应动力学方程，还原溶解速率大小与土壤中氧化铁的结晶形态有关．氧化锰的存在影响着氧化铁的还原溶解，在存在足够的还原剂的条件下，两者可同时还原．实验中求得黄壤和赤红壤中氧化铁的还原溶解反应对［Ｈ＋］的反应级数分别为０．１２６和０．１７４。土壤中氧化铁的还原溶解是一个受表面反应控制的过程，反应的速率控制步骤是表面的电子转移反应，磷酸根在土壤中的吸附占据了氧化铁表面的反应位，因而明显抑制还原溶解反应．     

零价铁对土壤中4-氯苯酚还原脱氯研究

氯苯酚是常见的环境污染物，它们在土壤中的加速分解可以减少对人类健康的危害。以恒温培养为方法，GC-MS为检测手段，研究了在常温常压下土壤中4-氯苯酚(4-CP)在零价铁作用下的还原脱氯反应。结果表明：4-CP可以被来自零价铁的电子还原，零价铁能够有效促进土壤中的4-CP脱除苯环上的氯原子，从而达到降低毒性、增加可生化性目的。反应条件如初始pH、时间、零价铁用量等均对4-CP还原脱氯效率有重要影响，特别是当初始pH值控制在偏酸时更有利于反应的进行。在零价铁加入量500mg、初始pH=4、反应时间7d的条件下，零价铁对土壤中4-CP还原脱氯效率最高可以达到65％。利用实验数据，对零价铁作用下4-CP还原脱氯的反应机理也进行了初步探讨。     

有机质和游离铁对湘南红壤表面电荷性质的影响

用双氧水破坏土壤有机质和用DCB（连二亚硫酸钠／柠檬酸钠／重碳酸钠）脱铁等方法研究湘南第四纪红粘土及其发育的土壤的表面电荷性质．结果表明：去除土壤有机质．使红壤胶体表面的阴离子交换量（AEC）增加、可变负电荷量（CECV）降低，在多数情况下其永久负电荷量（CECP）增加；脱游离氧化铁使红壤AEC减少、CECp增加，CECV增减不一．笔者认为，这与土壤胶体组分之间的相互作用有关．     

土壤重金属化学形态的生物可利用性评价

重金属化学形态是近年来土壤化学、植物营养和环境科学研究领域的一个热点和难点,利用重金属的化学形态分布和含量变化来评价重金属的生物可利用性,有利于全面研究重金属的危害性和治理重金属污染土壤。结果表明,水溶态和交换态的重金属易被生物吸收利用,而残留态重金属一般不被生物利用,其它形态如碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态的生物可利用性主要取决于外界环境的变化。     

广州城市水体沉积物中重金属形态分布研究

选取广州城市水体中的４ 个污染沉积物样品,采用连续提取法研究沉积物中重金属元素（ Ｐｂ 、 Ｚｎ 、 Ｃｕ 、 Ｎｉ 、 Ｃｒ 、 Ｍｎ） 的形态分布,结果表明：重金属元素主要以残渣态、有机结合态和氧化铁结合态存在,其中 Ｐｂ 、 Ｎｉ、 Ｍｎ 以残渣态和氧化铁结合为主, Ｚｎ 以残渣态和有机结合态为主, Ｃｕ 以有机态和氧化铁结合态为主, Ｃｒ 以氧化铁结合态为主。沉积物中固相组分对重金属的富集能力为：无定型氧化锰＞ ＞ 碳酸盐＞ 氧化铁＞ 有机质,而富集量则是后两者大于前两者。