环丙沙星在石英砂中的吸附迁移特征及参数分析

通过批量静态吸附实验,分析不同pH、离子强度、粒径下环丙沙星在石英砂上的吸附特征,实验数据用Langmuir与Freundlich两个方程进行拟合;并做室内石英砂柱迁移实验,探讨了不同因素对环丙沙星在石英砂中运移的影响;获得了示踪剂Br-和环丙沙星的穿透曲线,并用HYDRUS-1D软件对实验结果进行了模拟.研究表明:环丙沙星在石英砂上的吸附能力与pH、离子强度及粒径大小成负相关.随着pH、离子强度及粒径增大,出流时间变短,达到C/C_0峰值的时间也变短,从出流到相对浓度衰减为零整个过程的时间跨度越小.在低离子强度下,环丙沙星在不同粒径的石英砂中的运移,一般粒径越大,出流越早,峰值越高.描述溶质运移的非平衡一点模型(OSM)能够较好地模拟环丙沙星在石英砂中的运移过程,用数值反演得到的参数所求出的阻滞因子R_d值比根据Freundlich方程拟合得到的参数求出的R_d值要小,但它们均符合静态吸附实验和动态迁移实验的特点.pH越大,模拟得到的分配系数K_d值越小,分形系数β值、一阶速率系数ω值均很小且无明显变化规律;离子强度越大,模拟得到的分配系数Kd值、分形系数β值及一阶速率系数ω值就越小.     

CRI系统净化抗生素磺胺甲恶唑的数值模拟研究

为便捷、准确地获取CRI系统对抗生素类痕量有机物的去除效果,为抗生素类污染的阻控研究打下基础,该文以抗生素磺胺甲恶唑(SMX)为研究对象,在试验研究的基础上利用Hydrus-1D软件构建了SMX在CRI系统中迁移转化的模拟模型,并针对CRI系统填料性质改变对SMX去除的影响,给出了评价填料优劣的公式。研究结果认为,非平衡两点吸附模型(TSM)能很好地模拟SMX在淋溶柱中的穿透过程,拟合决定系数R²为0.994 6,TSM模型也能够准确地模拟SMX在CRI系统中的迁移转化规律,模拟结果与分层取水试验结果误差在2%之内,R²为0.998 3。CRI系统对SMX的降解系数随系统深度的增加呈现出先增大后减小的趋势;随着CRI系统中填料饱和含水率、残余含水率、吸附参数、微生物降解参数的增大,CRI系统对SMX的去除率逐渐增大,而CRI系统对SMX的去除率几乎不受纵向弥散度的影响。     

pH值和离子强度对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响机制

磺胺二甲基嘧啶作为普遍使用的抗生素代表,可通过动物粪便施肥及药物不规范使用进入到环境中.针铁矿是土壤中分布广泛且活性较高的一种矿物,会对磺胺二甲基嘧啶的环境行为产生一定的影响.为了正确评估磺胺二甲基嘧啶的环境风险,本文考察了溶液pH值、离子强度对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响.结果表明:磺胺二甲基嘧啶在针铁矿上的吸附具有明显的非线性,且吸附具有明显的滞后现象,吸附等温线可以用Freundlich模型较好的拟合(R~2=0.991);磺胺二甲基嘧啶在针铁矿上的吸附随着pH值的增加先增加后减小,随着离子强度的增加开始有微弱的增加然后保持不变;在酸性和中性条件下,表面络合作用是主导磺胺二甲基嘧啶在针铁矿表面上吸附的主要机制,在碱性条件下静电斥力是主导吸附的主要作用力.因此,在评估抗生素的环境行为时,应该考虑不同的环境条件对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响.     

抗生素磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑在土壤中的淋溶行为研究

农业生产中畜禽粪污还田会将残留的抗生素带入农田土壤,并能通过淋溶作用迁移至深层土壤最终进入地下水. 该研究采用模拟土壤柱淋溶试验方法,研究了2种磺胺类抗生素——磺胺嘧啶(sulfadiazine,SDZ)和磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole,SMX)在农田土壤中的淋溶行为,以及表层土抗生素含量、淋溶液pH和有机质对各土柱剖面SDZ和SMX残留水平的影响. 结果表明:①不同表层土抗生素含量下,SDZ和SMX在供试土壤中均呈向下迁移的趋势,但淋溶结束后上层土壤中二者含量明显高于下层,土柱各层抗生素的含量随表层土抗生素含量的增加而增加. ②淋溶液pH为3.00和5.00时,各层土壤中SDZ和SMX的含量均高于淋溶液pH为7.00时. 淋溶液pH较高时两种磺胺类抗生素多以阴离子形态存在,会与带负电荷的土壤颗粒产生静电斥力而易于向下迁移;随着淋溶液pH的降低,两种磺胺类抗生素阴离子形态占比减少,上层土壤中保留的抗生素含量变高,向下迁移的能力减弱. ③粪便添加组上层土壤中SDZ和SMX的含量明显高于未添加组,抗生素向下迁移的能力减弱,这与有机质的添加使得上层土柱吸附能力增强有关. 通过模型模拟,SDZ和SMX的地下水污染指数分别为3.50和4.45,均大于2.8,表明在供试土壤中这2种磺胺类抗生素的淋溶迁移性较强. 研究显示,淋溶试验结果与模型模拟结果一致,表明SDZ和SMX对地下水存在潜在污染风险.      

BiVO4光催化降解废水中高浓度磺胺嘧啶的研究

以五水合硝酸铋与偏钒酸铵为原料,采用水热反应法制备了不同晶体结构的钒酸铋(BiVO 4)光催化剂,分析了该催化剂对废水中高浓度磺胺嘧啶的处理效果。结果显示:BiVO 4光催化剂为单斜白钨矿型和四方锆石型,呈片状结构且颗粒分散性较好;磺胺嘧啶的光催化降解率与BiVO 4投加量、光照强度和反应时间呈正相关性,与磺胺嘧啶的初始浓度呈负相关性,随着BiVO 4合成pH值的增大呈先升高后下降的趋势;采用BiVO 4光催化剂处理磺胺嘧啶的最优条件为磺胺嘧啶初始浓度10 mg/L、合成pH=5,投加量0.25 g/L、10000 lux紫外光照下反应4 h,最优条件下的磺胺嘧啶平均去除率达到90.97%。     

中药渣生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附及机理研究

以传统中药-黄芪废渣为原料,分别在200℃、400℃、500℃、600℃和700℃的厌氧氛围下热解制备生物炭材料（BC200、BC400、BC500、BC600和BC700）,并利用BET比表面积分析、FTIR光谱分析、扫描电子显微镜等方法对其进行表征,同时考察不同投加量、吸附时间、初始浓度和pH值下生物炭对磺胺甲基嘧啶的吸附特征.结果表明,随制备温度的升高,生物炭的表面积及吸附性能也显著增加.相比原状黄芪渣（S_BET=0.42m²/g）,BC700的BET比表面积（S_BET=155.69m²/g）增大370倍,对磺胺甲基嘧啶的吸附容量增加185倍.BC700对磺胺甲基嘧啶的等温吸附过程符合Langmuir模型（R²=0.9977）,最大吸附容量为11.96mg/g,吸附反应过程满足准二级动力学方程（R²>0.994）,且为化学吸附.同时随着溶液初始pH值和投加量的升高,生物炭的吸附容量先增大后减小,最佳吸附pH值为4.     

基于柠檬酸铁的Fe/C催化剂制备及其活化过二硫酸盐降解磺胺嘧啶的研究

针对Fe/C催化剂在催化过硫酸盐领域存在制备原料多、成本高、过程复杂等问题,以价廉环保的柠檬酸铁为原料,采用高温碳化法在不同热解温度(700,800,900,1000℃)下制备了4种Fe/C催化剂。通过SEM、EDS、BET、XRD、XPS对其进行表征,并将4种Fe/C催化剂用于吸附和活化过二硫酸盐(PDS)降解磺胺嘧啶(SDZ)。初步筛选后,以800℃下所得催化剂Fe/C-800作为目标催化剂进行深入研究,分析其活化PDS降解SDZ的性能及作用机理。结果表明：0.05 g/L的Fe/C-800在PDS投加量为1 mmol/L、溶液初始pH值为7时,SDZ(10 mg/L)的降解率可达98.8%;Fe/C-800具有较广的pH值适用范围,在低催化剂投加量下可高效降解不同浓度SDZ,且重复利用性能良好;Fe⁰和C可促进Fe³⁺转化为Fe²⁺,反应结束后铁/亚铁离子溶出量低(0.3182 mg/L);反应体系中自由基途径和非自由基途径均存在,其中SO■·、O■·和¹O₂占主导作用,...     

Cu2+共存对磺胺嘧啶在土壤中吸附的影响

选取土壤环境中检出率高的铜和磺胺类抗生素为目标污染物,采用批次平衡试验法研究了在Cu²⁺共存时,磺胺嘧啶（SDZ）在pH值、离子浓度、有机质含量、颗粒粒径等因子影响下的吸附特征,并对吸附前后的土样进行傅里叶红外光谱（FT-IR）表征.结果表明,在不同pH值环境中,Cu²⁺显著提高了SDZ的吸附量;Cu²⁺和Ca²⁺均能与SDZ通过络合反应和离子桥作用促进SDZ的土壤吸附;有机质对SDZ的土壤吸附的影响与共存Cu²⁺浓度密切相关;Cu²⁺对黏粒吸附SDZ的影响较小;FT-IR分析表明,土壤对SDZ-Cu的吸附以物理吸附为主,并伴随氢键作用、表面络合、π-π共轭等作用.Cu²⁺可显著增加SDZ在土壤中持留能力,降低其环境迁移的风险.     

甲氧苄胺嘧啶和磺胺甲恶唑在土壤中的吸附

以OECD Guideline 106为基础,开展吸附动力学和批平衡实验,研究了磺胺甲恶唑(SMZ)和甲氧苄胺嘧啶(TMP)在土壤中的吸附过程。结果表明,相较于单室一级动力学模型,双室一级动力学模型更能准确的描述SMZ、TMP在土壤中的动态吸附过程。在3种表征吸附的模型中,Freundlich模型和DA模型较好的拟合了SMZ和TMP的吸附等温线,但Freundlich模型拟合效果更佳。对于同一种抗生素,在2种土壤中的吸附容量存在较为显著的差异性,在底泥中的吸附容量要高于包气带。     

磺胺嘧啶在作物根际土壤中的吸附/解吸特性研究

采用根际袋盆栽实验,研究了在小麦和玉米根际效应作用下,土壤对磺胺嘧啶(Sulfadiazine,SD)吸附/解吸热力学与动力学特性.结果表明,小麦和玉米根际与非根际对SD的吸附/解吸均较快,描述2种作物根际与非根际对SD吸附过程最优动力学方程皆为Elovich方程,其次是双常数方程和抛物线方程.在实验所采用的SD浓度范围内,不同处理小麦和玉米根际与非根际对SD的吸附量均随着SD浓度的增加而增加,但根际对SD的吸附能明显高于非根际.用Freundlich方程描述小麦和玉米根际与非根际对SD等温吸附行为最为适宜.SD在小麦和玉米根际与非根际的解吸过程都是非线性的,且在根际的解吸能力明显低于非根际.此外,将小麦和玉米根际与非根际的平均吸附常数(Kf-ads)及平均解吸常数(Kf-des)与土壤有机质、pH、黏粒3种理化性质关系进行逐步回归分析发现,有机质是影响根际SD吸附/解吸行为的关键因素.     

石英砂负载氧化铁的表征及其除锑吸附性能研究

通过SEM/EDAX以及Nova-1000表面分析仪对石英砂负载的氧化铁颗粒进行了表征,发现负载氧化铁的粒径为200 nm左右,其表面孔径及孔隙率分别为2×10-9～9×10-9m及0.11%,负载氧化铁的石英砂的比表面积为原砂的5倍.考察了石英砂负载氧化铁(IOCS)在不同的实验条件下(吸附时间,pH值,温度等)对水溶液中锑的去除效果,在pH为3～9范围内,其去除率均超过了98%.吸附动力学及吸附等温线实验数据分别符合二级反应动力学模型及Langmuir等温吸附模型.热动力学实验结果进一步表明:IOCS吸附锑的过程是自发的、吸热的化学吸附反应.     

纳米Fe2O3与纳米SiO2对石英砂表面改性的制备工艺优化研究

以普通石英砂滤料为原材料,纳米Fe2O3、纳米SiO2为改性剂,环氧树脂为粘结剂,表面负载量和附着强度为评价指标,通过正交试验与固定因素不同水平连续性试验等方法,制备了两种纳米氧化物改性石英砂(Nano-oxide coated sand,Nano-OCS).同时,研究了不同制备因素对Nano-OCS表面氧化铁负载量和附着强度的影响,并探讨Nano-OCS制备工艺的最佳优化条件.结果表明,水浴加热过程对改性剂和粘结剂进行慢速搅拌,最佳转速为50r·min-1,时间为45min,烘干时间1h,温度(120±5)℃,纳米Fe2O3(65.8g·L-1)与未改性石英砂(RQS)的最佳投加比(体积质量比,下同)为C=0.23mL·g-1,改性剂环氧树脂(99%)溶液与RQS的最佳投加比为C1=0.035mL·g-1,纳米SiO2(10g·L-1)与RQS的最佳投加比为C2=0.17mL·g-1,在最优条件下制备的样品负载量和有机物吸附率均达到92%.投加过量时,有机物吸附率明显减小.与传统的低温碱性沉积法或高温煅烧制得的Nano-OCS相比,加入了粘结剂环氧树脂,用低温水浴固化的方法所制得的Nano-OCS,负载量提高了约8倍,脱附率降低70%以上.本法采用无添加剂的粘结剂,表面改性后不会对水体产生二次污染.     

两种新型涂铁改性砂的过滤性能及反冲洗条件研究

以两种新型涂铁改性石英砂(纳米氧化铁改性砂,Nano-OCS;氧化铁改性砂,IOCS)及普通石英砂(RQS)为研究对象,考察了两种新型改性砂对沉后水腐殖酸及浊度的直接过滤效果,对其反冲洗条件进行优化研究,并对3种滤料的过滤效果进行了比较.结果表明,1滤层厚度为45 cm时,最佳滤速为6 m·h-1;3种滤料对腐殖酸和浊度的直接过滤效果依次为:Nano-OCSIOCSRQS,其中两种涂铁砂对腐殖酸的去除率分别为71.70%和61.61%;2Nano-OCS和IOCS滤柱的反冲洗流程分4步,对应的流程及最佳操作条件为:首先,用0.5 mol·L-1NaOH的溶液浸泡,气冲强度13 L·s-1·m-2,气冲时间6 min;然后,用0.075 mol·L-1的NaOH溶液与空气同时反冲洗,NaOH溶液冲洗强度为8 L·s-1·m-2,气冲强度13 L·s-1·m-2,冲洗时间3 min;接着用0.015 mol·L-1的FeCl3溶液与空气同时反冲洗,FeCl3溶液冲洗强度为8 L·s-1·m-2,气冲强度13L·s-1·m-2,冲洗时间2 min;最后,用清水冲洗,冲洗强度8 L·s-1·m-2,冲洗时间4 min.两种涂铁砂反冲洗前后表面形态结构更加复杂、粗糙度增加,对腐殖酸去除率进一步提高.3当滤层厚度由45 cm增加到80 cm时,Nano-OCS对腐殖酸直接过滤的最高去除率由74.6%提高至80.3%,平均去除率由57.9%提高至68.5%.     

高岭土负载纳米铁在含水层的运移行为及重金属污染修复效能研究

为克服重金属污染物修复过程中纳米零价铁易氧化、团聚等缺陷,本研究将其负载于高岭土表面合成负载型纳米零价铁复合材料（K-nZVI）,并利用批次试验、沉降试验及模拟柱试验研究了K-nZVI在含水层中的运移行为及其对地下水重金属污染的修复效能.结果表明,K-nZVI对Pb、Cu、Cd均有很好的去除效果,去除率随着初始浓度的增加、反应温度的升高、反应时间的延长而升高,且在弱碱性条件下修复效果最好.此外,K-nZVI在含水层中表现出较好的分散和稳定性能,运移行为可通过一维对流-弥散-沉积模型描述,其运移能力随着初始浓度的增加、砂颗粒粒径的减小、地下水流速的降低和离子浓度的升高而逐渐减弱.     

Effects of phosphate on the transport of graphene oxide nanoparticles in saturated clean and iron oxide-coated sand columns

In this study, transport behaviors of graphene oxide (GO) in saturated uncoated (i.e., clean sand) and goethite-coated sand porous media were examined as a function of the phosphate. We found that phosphate enhanced the transport of GO over a wide range of solution chemistry (i.e., pH 5.0–9.0 and the presence of 10 mmol/L Na⁺ or 0.5 mmol/L Ca²⁺). The results were mainly ascribed to the increase of electrostatic repulsion between nanoparticles and porous media. Meanwhile, deposition site competition induced by the retained phosphate was another important mechanism leading to promote GO transport. Interestingly, when the phosphate concentration increased from 0.1 to 1.0 mmol/L, the transport-enhancement effect of phosphate in goethite-coated sand was to a much larger extent than that in clean sand. The observations were primarily related to the difference in the total mass of retained phosphate between the iron oxide-coated sand and clean sand columns, which resulted in different degrees of the electrostatic repulsion and competitive effect of phosphate. When the background solution contained 0.5 mmol/L Ca²⁺, phosphate could be bind to sand/ goethite-coated sand surface by cation bridging; and consequently, promoted competition between phosphate and nanoparticles for deposition sites, which was an important mechanism for the enhanced effect of phosphate. Moreover, the DLVO theory was applicable to describe GO transport behaviors in porous media in the absence or presence of phosphate. Taken together, these findings highlight the important status and role of phosphate on the transport and fate of colloidal graphene oxide in the subsurface environment.     

铜藻基载铁活性炭的制备及其对亚甲基蓝的吸附特性研究

以一种大型海藻——铜藻为原料,Fe Cl3·6H2O为活化剂,采用超声浸渍-原位合成法制备了铜藻基载铁活性炭(Fe/SAC),并以活性炭得率和亚甲基蓝吸附值为指标,通过正交法考察了活化温度、活化时间和浸渍比的影响.同时,采用X射线衍射、扫描电镜和比表面积分析仪对最优结果进行表征,并考察了Fe/SAC吸附亚甲基蓝的热力学与动力学特性.结果表明,Fe/SAC的最优制备工艺条件为活化温度600℃、活化时间1 h、浸渍比1∶1,此时的活性炭得率为39.5%,亚甲基蓝吸附值为255.67 mg·g~(-1);最优工艺条件下制得的Fe/SAC比表面积为558.31 m2·g~(-1),其负载的铁组分主要为Fe3O4和Fe O;亚甲基蓝在Fe/SAC上的吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir等温吸附模型能够很好地描述吸附平衡过程,该吸附是熵增加的自发吸热(ΔS0、ΔG0、ΔH0)过程,升温有利于吸附.     

富里酸和胡敏酸对水铁矿转化过程中铁氧化物上铜释放动力学特性的影响

在受重金属污染的土壤中,天然有机质（NOM）和重金属通常会同时参与铁氧化物的转化.但关于这一重要的环境反应过程中重金属释放动力学的研究目前还比较少.为阐明NOM对铁氧化物转化过程中Cu释放行为的影响,本研究使用两种代表性NOM：富里酸（FA）和胡敏酸（HA）,开展了二者存在下的"铁氧化物-重金属-NOM"转化研究,并对转化不同时间点的铁氧化物进行了Cu释放动力学实验.动力学实验中采用了一个流动搅拌装置模拟pH=5.5环境条件下Cu的释放过程.结果表明,Cu的释放量随着铁氧化物的转化而降低,NOM的存在增加了Cu在流动搅拌实验中的释放量.球差校正扫描透射电子显微镜（Cs-STEM）结果显示,铜可以掺入铁氧化物纳米颗粒中,可以有效固定Cu,而FA和HA处理均产生了具有疏松结构的椭球形颗粒,为Cu的吸附提供了丰富的位点.这种疏松的结构导致了更多吸附态Cu的存在,阻碍了铜的掺入,与Cu释放结果一致.因此,Cu释放能力的差异性主要是铁氧化物老化的结果,与Cu和NOM的络合关系不大.这项研究的结果将有助于更好地理解在NOM存在下铁氧化物转化过程中Cu的环境行为,同时在纳米尺度上阐明Cu和C与赤铁矿相互作用的机理.     

Characteristics of emissive spectrum and the removal of nitric oxide in N2/O2/NO plasma with argon additive

Although the approach using non-thermal plasma (NTP) for deNOx has been studied for over 15 years, how to achieve higher removal e ciency with lower cost is still a barrier for its industrial application. In order to investigate the impact of the argon additive on electron density, energy and nitric oxide reduction process in plasma, the spectrum of the dielectric barrier discharge at atmospheric pressure in a coaxial reactor was measured using the monochromater with high resolution. The comparative experiments for NO reduction were carried out simultaneously in N2/O2/NO plasma stream with and without argon, respectively. The nitrogen molecular spectrum which is attributed to the energy level transition (C3 u ! B3 g) was compared in the wavelength range 300–480 nm and the electron density and temperature were determined based on the relative intensities and Stark broadening width of spectral lines. The spectrum results indicated that the argon additive could enhance the intensity of emissive spectrum of plasma, thus the electron concentration as well as the energy was increased, and finally prompted the ionization rate to produce active N, O and O3. The results of NO reduction showed that NO conversion e ciency increased in the range of 10%–30% with 5% addition of argon in stream comparing with the condition without argon additive. This study will play a positive role in the industrial application of dielectric barrier discharge deNOx reactor.     

巴丹吉林沙漠高大沙山区沙层含水量与水分来源探讨

为了查明巴丹吉林沙漠高大沙山区沙层含水量、水分来源等问题,于2009年5月大沙山区进行了15个5 m深钻孔的采样研究。结果表明,巴丹吉林沙漠高大沙山区干沙层分布深度比降水较多地区干沙层分布深度大,湿沙层含水量比降水多的地区低,指示该区的湿沙层含水量一般小于2%是当地气候条件下的正常现象。该区沙层水分主要以薄膜水的形式存在,并具有向下运移的特点,表明完全有可能成为湖水和地下水的来源之一。高大沙山区沙层含水量空间差异明显,洼地含水量最高与平地含水量较高,是大气降水向地下入渗的渠道。高大沙山区厚度小的干沙层的存在表明该区沙层水分受蒸发作用影响深度小,这能够有力促进大气降水通过入渗转化为地下水,这是在极端干旱气候条件下大气降水有可能入渗到达地下水位并成为湖水来源的主要原因。该区水分具有正平衡的显示,这是沙层水分入渗快和受蒸发作用影响深度小造成的,属于沙层水理性质决定的水分正平衡。