天然有机物和电解质对水中 C60凝聚行为的影响

以富勒烯(C60)纳米颗粒稳定悬浮液为对象,采用动态光散射技术研究了天然有机物和电解质对其在水中凝聚行为的影响.结果表明,采用甲苯溶剂替换法制备的稳定悬浮液中C60浓度为20 mg·L-1左右,表面呈较高的电负性,粒径在120 nm左右,具有较强的稳定性.投加简单电解质可通过压缩双电层机制使其发生凝聚,并符合经典的胶体稳定性(DLVO)理论.Mg Cl2和Ca Cl2的临界凝聚浓度分别为9.6 mmol·L-1和6.7 mmol·L-1.腐殖酸(humic acid,HA)存在时,投加Na Cl和Mg Cl2可使C60颗粒间有效碰撞概率及凝聚反应速度降低,临界凝聚浓度提高;HA可通过增大C60颗粒间的空间位阻效应,抑制凝聚反应发生,提高其在水中的稳定性.但Ca2+可与HA间发生络合反应,并对C60纳米颗粒产生吸附架桥作用,导致凝聚速度大幅提高,强化凝聚反应发生.水中C60纳米颗粒的凝聚和分散行为将受到有机物性质和电解质种类等复杂因素的影响.     

水中富勒烯(C_(60))纳米颗粒凝聚动力学研究

采用动态光散射技术研究了电解质和天然有机物对水中C60纳米颗粒凝聚动力学的影响。结果表明,电解质存在可使水中C60纳米颗粒的|ζ|减小、粒径增大,促进凝聚的发生。C60纳米颗粒凝聚过程分为反应控制和扩散控制2个阶段,符合经典的胶体稳定性(DLVO)理论。Na+、K+、Ca2+和Mg2+的临界凝聚浓度分别为321、295、9.6和6.7 mmol/L,远高于其在水环境中的浓度水平;腐殖酸存在可通过空间位阻效应显著增强水中C60纳米颗粒的分散性;表明C60纳米颗粒可稳定存在于典型的水环境中。     

典型碳纳米材料在水中的凝聚特性比较

以富勒烯(C₆₀)和多壁碳纳米管(MWNTs)纳米颗粒悬浮液为对象,采用动态光散射技术对比研究了电解质、有机物等环境因素对其在水中凝聚和稳定性的影响.结果表明,电解质存在下,可通过压缩双电层作用使水中碳纳米材料发生凝聚反应,凝聚过程均符合经典的胶体稳定性(DLVO)理论;MWNTs较C₆₀稳定性弱、更易凝聚;两种纳米颗粒悬浮液对应的Na⁺、Mg²⁺ 和Ca²⁺的临界凝聚浓度均远高于其在天然水体中的含量.Na⁺和Mg²⁺凝聚体系中,腐殖酸(HA)可通过空间位阻作用抑制凝聚发生,且对C₆₀的抑制作用更强.HA可与Ca²⁺发生络合,强化纳米颗粒凝聚反应,并对MWNTs具有更强的强化凝聚作用.不同碳纳米材料和环境因子存在着不同的相互作用关系,将影响其在水中的稳定性.     

水中氧化石墨烯稳定性的影响因素研究

基于理化性质分析,研究了电解质、天然有机物和稳定液浓度等因素对氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)在水中凝聚和沉降的影响。结果表明,稳定液浓度对GO理化性质和稳定性影响不大。电解质投加可降低Zeta电位,诱导水中GO发生凝聚,凝聚过程呈现反应限制和扩散限制2个阶段。各电解质的临界凝聚浓度分别为180 mmol/L(Na⁺)、4.5 mmol/L(Mg²⁺)和1.8 mmol/L(Ca²⁺)。相较于Mg²⁺,Ca²⁺可通过吸附架桥作用加快GO凝聚。GO的沉降过程可分为快速沉降和慢速沉降2个阶段,凝聚是影响水中GO沉降的主要因素。天然有机物存在可有效抑制凝聚,增强GO在水中的稳定性;但HA与GO和Ca²⁺间存在复杂的相关作用关系,加快了凝聚过程。水中GO浓度越高,其凝聚和沉降速度越快。以较低浓度存在时,GO在水环境中具有更高的稳定性。     

SDBS/Na+对红壤胶体悬液稳定性的影响

土壤中普遍存在的有机污染物和无机离子与土壤胶体颗粒的相互作用深刻地影响着土壤中一系列物理、化学和生物学过程.选取红壤胶体作为对象,利用动态光散射技术研究了不同浓度十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和Na+作用下红壤胶体颗粒的凝聚过程,并结合体系的pH和Zeta电位分析了SDBS/Na+与土壤胶体颗粒相互作用的机制.结果表明:①相同浓度Na+作用下,随着SDBS浓度的升高,土壤胶体悬液稳定性增强.例如120 mmol·L-1Na+作用下,随着SDBS浓度从0 mmol·L-1升高到10 mmol·L-1,凝聚体有效粒径从702 nm下降至193 nm,总体平均凝聚速率从28.6 nm·min-1减小到3.36 nm·min-1;②相同浓度SDBS作用下,随着Na+浓度的升高,体系Zeta电位绝对值显著降低,凝聚体有效粒径逐渐增大,凝聚速率逐渐加快;③仅SDBS作用下,随着SDBS浓度的升高,体系Zeta电位绝对值从47.6 mV增加到62.2 mV,体系pH从6.17升高到6.76,但均小于土壤胶体悬液本身的pH(6.89).因此,SDBS通过疏水作用和静电作用吸附于土壤胶体颗粒表面,增加了颗粒表面的负电荷数量,降低了作用于胶体颗粒表面的有效Na+浓度(SDBS疏水长链的空间阻碍和高浓度SDBS所形成的胶束结构对Na+的吸附),使得胶体悬液稳定性增强,需要添加更多的Na+才能发生凝聚.     

EDTA优化纳米Pd/Fe对2,4-D的催化脱氯研究

采用EDTA优化纳米Pd/Fe催化脱氯水中2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),并考察了EDTA投加浓度、pH、钯化率、温度等因素对2,4-D还原的影响.结果表明,EDTA的加入络合了纳米Pd/Fe在催化脱氯过程中生成的铁离子,抑制纳米Pd/Fe颗粒表面钝化层的形成,提高了体系的反应活性.适宜的EDTA浓度、低pH、高钯化率、低温等有利于2,4-D的还原脱氯.当EDTA浓度为25.0 mmol·L-1,纳米铁含量为1.0 g·L-1,初始pH=4.3、钯化率为0.5%,温度为25.0℃,搅拌速率为200 r·min~(-1)时,反应50 min,10.0 mg·L-1的2,4-D去除率及苯氧乙酸(PA)生成率均达到100%.     

水介质中C60纳米晶体颗粒与Cu2+对小鼠腹腔巨噬细胞的复合毒性研究

为考察C60纳米晶体颗粒和Cu2+复合体系的生物毒性,本文以小鼠腹腔巨噬细胞RAW264.7作为受试对象,研究了C60纳米晶体颗粒物(n C60)和Cu2+对RAW 264.7的复合毒性影响.结果表明,当单独暴露n C6024 h,n C60浓度为6.6 mg·L-1时,细胞活性降低了45%,n C60浓度为9.9 mg·L-1时,细胞活性降低了70%,表现出剂量-毒性效应和时间-毒性效应.水中出现Cu2+可以降低n C60的细胞毒性,当Cu2+浓度为2 mg·L-1,n C60浓度为6.6 mg·L-1时,细胞的活性降低至25%,当Cu2+浓度为5 mg·L-1,n C60浓度为9.9 mg·L-1时,细胞的活性下降至15%.研究表明,n C60表面能够吸附Cu2+,并且吸附符合Langmuir吸附等温模型.n C60纳米晶体颗粒表面对Cu2+的吸附,可能是n C60对细胞毒性降低的重要原因.     

有机质、CaCl_2和MgCl_2对细颗粒泥沙絮凝沉降的影响

在CaCl2和MgCl2浓度为0~1.0mmol/L,泥沙浓度为10g/L时,用吸管法研究了有机质、CaCl2和MgCl2对细颗粒泥沙静水絮凝沉降的影响,结果表明,去除有机质后,细颗粒泥沙絮凝沉降加快,其絮凝所需的最佳电解质浓度降低;CaCl2和MgCl2的絮凝能力无明显差异,有机质含量对其几乎没有影响;在相同盐度下,细颗粒泥沙的絮凝沉降速度随电解质摩尔浓度的增大而增大.     

吐温80对硝基苯的增溶作用和无机电解质作用机理研究

研究了在10℃条件下,非离子表面活性剂吐温80对硝基苯的增溶作用.结果表明,吐温80在临界胶束浓度(CMC)以上能够显著提高硝基苯的溶解度,对硝基苯的增溶曲线呈线性关系,MSR值为5.093,lgKm为3.499.硝基苯的增溶作用为吐温80胶束中聚氧乙烯链形成的聚醚微环境作用的结果.并考察了4种无机电解质NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2对硝基苯增溶作用的影响,结果表明,4种高浓度(≥500 mg·L-1)无机电解质的加入,均使吐温80溶液中硝基苯的浓度有所增加,增溶曲线仍呈线性关系.在吐温80与无机电解质质量比为2∶1、5∶1和10∶1时,增溶曲线的MSR值与lgKm值均有提高,硝基苯在吐温80胶束中的分配增强.原因为随着无机电解质与吐温80胶束发生盐析作用.吐温80胶束体积变大,为硝基苯提供了更大的增溶空间.非离子表面活性剂-无机电解质复配体系可以作为表面活性剂强化修复中的一种冲洗液,提高非离子表面活性剂的使用效率,降低成本.     

不同环境条件下水铁矿和针铁矿纳米颗粒稳定性

纳米颗粒的团聚和分散是控制许多重要环境过程的关键因素.本研究通过测定水铁矿纳米颗粒(FHNPs)和针铁矿纳米颗粒(GTNPs)的粒径和Zeta电位,计算DLVO相互作用能,探究了不同pH、离子和有机质条件下两种纳米颗粒的稳定性.结果表明Na⁺和Ca²⁺通过离子强度的作用促进FHNPs和GTNPs团聚;低浓度PO₄^3-(2mmol·L^-1)、HA和FA(2 mg·L^-1和10 mg·L^-1)吸附在铁矿物纳米颗粒上,改变其表面电荷,提高FHNPs和GTNPs在中高pH条件下的稳定性.高浓度的PO₄^3-(10mmol·L^-1)虽然也可改变铁矿物纳米颗粒的电性,但由于离子强度的作用,对GTNPs的稳定性贡献不大.FHNPs或GTNPs的Zeta电位接近于0时,其相互作用的一级势垒和次级势阱常常同时不存在,两种纳米颗粒主要以不可逆的方式在一级势阱中团聚;当一级势垒和次级势阱同时存...     

UV强化草酸络合Fe3+活化过硫酸盐氧化降解苯胺

采用UV-草酸络合Fe~(3+)[UV-Fe(C_2O_4)3-3]活化过硫酸钠(PS)氧化降解苯胺,研究了Fe(C_2O_4)3-3浓度,PS浓度,pH对PS活化效率及苯胺氧化降解效果的影响机制.结果表明,Fe(C_2O_4)3-3浓度和pH决定了UV-Fe(C_2O_4)3-3体系中Fe~(3+)向Fe2+的转化过程,并对活化PS氧化降解苯胺产生显著影响.随着Fe(C_2O_4)3-3浓度增加,PS的分解率不断提高,但当浓度高于0.75 mmol·L~(-1)时,草酸根离子(C2O_2-4)对硫酸根自由基(SO·-4)的竞争以及SO·-4之间的相互淬灭作用降低了苯胺的降解效果,降解速率大小顺序为5 mmol·L~(-1)0.25 mmol·L~(-1)0.5 mmol·L~(-1)1 mmol·L~(-1)0.75 mmol·L~(-1);中性和碱性条件不利于Fe(C_2O_4)3-3发生光化学反应生成Fe2+,但当初始pH为7和9时,由于PS活化分解过程降低反应体系pH,反应300min时PS的活化率可分别达到74%和67%,苯胺去除率分别高达91%和97%,均高于初始pH为酸性条件下的结果;苯胺降解率随初始PS浓度增加而增大,当PS浓度大于10 mmol·L~(-1)时,苯胺降解过程由二级反应变为准一级反应,但此时过量的PS因与SO·-4发生反应而显著降低PS用于氧化降解苯胺的利用率.     

EDTA-nSiO2纳米颗粒对Cd2+的吸附

nSiO_2纳米颗粒是一种广泛应用的工程纳米材料,为增加其对水溶液中Cd~(2+)的吸附性能,采用接枝改性的方法制备出乙二胺四乙酸(EDTA)改性nSiO_2纳米颗粒(EDTA-nSiO_2),并用透射电镜、氮气吸附-解吸、红外光谱和差热分析等手段对其进行了结构表征,同时以其为吸附剂,通过批处理实验法探讨了体系pH、吸附时间、温度、离子强度等因素对Cd~(2+)吸附的影响,并结合X射线能谱(XPS)分析对其吸附机制进行了分析.结果表明,以EDTA为改性剂,可以成功制备出稳定性良好的EDTA-nSiO_2纳米颗粒,其对Cd~(2+)的吸附受体系p H控制;nSiO_2对Cd~(2+)的吸附量较小,EDTA改性可增加nSiO_2对Cd~(2+)的吸附作用,随着p H的升高,Cd~(2+)的吸附效果逐渐增强,在p H大于4.0后逐渐趋于稳定.EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附速率较快,可在1 h内达到吸附平衡.EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附为吸热的自发过程,吸附等温线可用Langmuir模型描述.NaCl浓度增加会导致Cd~(2+)的吸附量下降,当体系Na Cl浓度从0增加到100 mmol·L~(-1),Cd~(2+)的最大吸附量从0.433 mmol·g-1降低至0.294mmol·g-1.0.1 mol·L~(-1)HCl是较为合适的吸附剂再生液,Cd~(2+)洗脱率约94.36%.结合pH、温度、离子强度、再生和XPS分析结果,可以推测出EDTA-nSiO_2对Cd~(2+)的吸附是包含有简单的物理吸附和离子交换过程,并以化学络合为主的吸附过程.EDTA-nSiO_2是一种对水体Cd~(2+)具有较好吸附能力的工程纳米材料吸附剂.     

电活化过硫酸盐降解全氟辛酸及其中间产物的探究分析

全氟化合物（PFCs）是一种新兴的持久性有机污染物,具有环境持久性、高毒性和难降解性,因此急需研发高效的降解方法.本文采用电化学恒电位电解法活化过硫酸盐,利用得到的具有强氧化性的SO₄^·-有效降解全氟辛酸（PFOA）,考察了恒定电位值、过硫酸钠的初始浓度、溶液初始pH值和共存离子对电活化过硫酸盐降解PFOA的影响.同时,结合超高效液相色谱-三重串联四级杆质谱联用仪（UPLC-MS/MS）和气相色谱与质谱联用仪（GC-MS）,对其降解的液相和气相中间产物进行探究.结果表明,在控制阴极电位为-1.8 V,初始过硫酸钠溶液浓度为200 mmol·L^-1,初始溶液pH=3.29,恒电位电解4 h后,PFOA去除率约达到60%.当体系中有NO₃^-、异丙醇和过硫酸钠共存时,PFOA降解效率明显提高（91%,4 h）,当有ClO₄^-存在时PFOA去除率约达到76.8%,但HCO₃^-和Cl^-的存在会出现抑制效果.通过对降解中间产物（短链PFCAs和加氢产物）和TOC去除率（62.5%,24 h）的监测分析,进而推断其可能的降解机理为SO₄^·-介导的Kolbe脱羧过程和羧酸逐步被加氢还原的过程.     

变色栓菌对直接大红染料的脱色研究

从野外倒木上分离得到一株对直接染料具有高效脱色能力的白腐真菌CB1,采用形态学与分子生物学鉴定法对菌株CB1进行鉴定.结果表明,菌株CB1为变色栓菌(Trametes versicolor);在固体培养基上,利用T.versicolor CB1对5种直接染料进行脱色,结果显示,T.versicolor CB1对5种直接染料均可脱色,其中对直接大红的脱色效果最为明显;采用单因素分析方法对T.versicolor CB1脱色直接大红的培养条件进行优化,结果显示,以果糖为碳源、硝酸铵为氮源、p H=5、添加Cu SO_4和Ca Cl_2利于T.versicolor CB1对直接大红的脱色;通过正交试验优化T.versicolor CB1对直接大红的脱色条件,优化结果为:果糖10 g·L~(-1)、硝酸铵2 g·L~(-1)、Cu SO_41 mmol·L~(-1)、Ca Cl_23 mmol·L~(-1)、p H=5.优化条件下第7 d时的脱色率为78.23%,与优化前相比,脱色率提高了24.04%.     

Ti/RuO2-IrO2电极电化学方法降解溶液中TBBPA及其降解机理探究

四溴双酚A(TBBPA)是世界上产量和用量最大的溴代阻燃剂之一,在河流、底泥及污水中持久存在,严重威胁环境和人体健康.探讨了阳极为Ti/RuO_2-IrO_2电极的电化学法对溶液中TBBPA的降解效率,并考察了电流密度(5~20 m A·cm~(-2))、初始pH值(3~11)、极板间距(1~3 cm)及电解质浓度(1~40 mmol·L~(-1))对降解速率的影响.研究结果表明,TBBPA的降解遵循一级动力学方程,在溶液初始浓度为5 mg·L~(-1)、电流密度为10 mA·cm~(-2)、电解质浓度为5 mmol·L~(-1)及极板间距为1 cm的条件下,60 min后TBBPA的降解率可达97.2%,且降解速率常数和半衰期分别为0.060 min~(-1)和11.6 min,能量消耗为105.3 k Wh·m~(-3).同时运用HPLC-MS/MS检测出中间产物双酚A(BPA)和2-溴苯酚,并推断其降解途径主要为在羟基自由基(·OH)作用下连续的脱溴过程中,苯环与异丙基之间的C—C键断裂生成BPA和2-溴苯酚.电化学法是一种高效的、有潜力的降解难降解有机污染物的方法,本文将为今后实际废污水中TBBPA的去除提供基础数据和技术参数.     

河流沉积物中有机磷提取剂(NaOH-EDTA)提取比例与机制研究

选择海河流域高磷污染河流滏阳新河沉积物为研究对象,利用液相31P核磁共振(31P-NMR)技术优化了沉积物中有机磷提取剂NaOH和EDTA的配比,探讨了提取剂对总磷(TP)、有机磷(P o)及金属离子的提取机制.结果表明,不同配比的NaOH和EDTA提取液提取同一沉积物,所提取的TP和P o的量差异较大,但P o的提取量均高于NaOH单独提取,主要原因为EDTA与Fe、Al等离子的结合促进了无机磷(P i)和P o的释放;TP在1.00 mol·L-1NaOH+75 mmol·L-1EDTA配比的提取液中获得最大提取量,为3.88 mg·g-1,P o在0.25 mol·L-1NaOH+50 mmol·L-1EDTA配比的提取液中提取量最大,为0.24mg·g-1;相同浓度NaOH提取液中金属离子Fe、Mn、Ca、Mg、Al提取量随EDTA浓度增大呈升高趋势,主要是通过螯合作用、金属离子与OH-形成化合物实现.其中,Fe、Mn、Ca提取浓度与提取液pH呈显著负相关(P<0.01),说明其与OH-形成沉淀化合物;Al离子由于既可以与OH-生成可溶性的偏铝酸盐又可以被EDTA螯合形成可溶性络合物,因此其浓度随提取液pH升高呈指数增长趋势(P<0.01);NaOH与EDTA混合提取剂核磁共振图谱优于NaOH提取液,在本研究中均可以检测到膦酸盐、正磷酸盐、磷酸单酯、磷脂、DNA和焦磷酸盐.综合考虑:对北方河流富含Fe和Al的河流沉积物,0.25mol·L-1NaOH与50 mmol·L-1EDTA可以作为理想的沉积物有机磷提取剂.     

水体环境内毒素活性的鲎法定量检测及影响因素研究

内毒素是革兰氏阴性菌和某些蓝藻细胞壁上的脂多糖复合物,是常见的外源性致热原,具有强免疫刺激能力,与人类多种疾病密切相关.本研究采用最低检测限为0.03 EU.mL-1的动态浊度东方鲎(Tachypleus Amebocyte Lysate,TAL)试剂,对不同水体环境样品的内毒素活性定量检测,分析了pH值和无机盐对TAL试验检测结果的影响.结果表明pH值在6.0～8.4范围内适合进行内毒素检测,过酸条件引起检测结果的抑制,过碱条件引起检测结果的增强,检测前可用无热原Tris-HCl(pH=7.4)溶液调节pH.当NaCl、Na2SO4、CaCl2、MgCl2和KCl浓度小于50 mg.L-1时不会干扰内毒素的检测,当浓度升高至1 000～10 000 mg.L-1时引起抑制效果.浓度为2.5 mg.L-1的FeCl3、Fe2(SO4)3、AlCl3和Al2(SO4)3即可以引起强烈抑制效果,内毒素活性的实测值已经严重偏离实际值.采用动态浊度TAL试验检测超纯水、自来水和景观用水的内毒素活性,结果表明所检测的超纯水的内毒素活性<0.06 EU.mL-1,自来水的内毒素活性为0.46 EU.mL-1,景观用水的内毒素活性为432.68EU·mL-1.     

阳离子强度对鼠李糖脂作用下三氯生在底泥-水相中分配的影响

探讨了阳离子强度(Na~+/Ca~(2+))对鼠李糖脂(RL)胶束形态的影响,并据此阐述了阳离子强度对RL作用下三氯生(TCS)在底泥-水相中分配的影响规律.结果表明,阳离子对TCS的表观溶解度和其在底泥-水中的分配无明显作用,但能通过与RL分子间产生的盐桥作用影响RL的胶束聚集程度及溶液的稳定性,使水相中的RL浓度发生变化,进而导致RL作用下TCS的表观溶解度及其在底泥-水相中分配的差异.随着阳离子强度的增加,RL胶束粒径在Na~+溶液中先减小后增大,而在Ca~(2+)溶液中持续减小;RL溶液的zeta电位在Na+/Ca~(2+)溶液中逐渐减小,其溶液的稳定度下降.相比Na~+,Ca~(2+)与RL分子间的盐桥作用更强.低浓度Na~+(50 mmol·L~(-1))可促进RL胶束的形成,提高其对TCS的增溶能力,促进TCS从底泥迁移至水相,提高了TCS在水相的分配比例(K*d值从64.16 L·kg~(-1)降低到40.81 L·kg~(-1)(30 mmol·L~(-1)Na~+));但高浓度Na~+(50 mmol·L~(-1))会因盐析作用降低TCS的表观溶解度,并抑制其在RL作用下向水相的迁移.而Ca~(2+)在很低浓度下(1 mmol·L~(-1))就能与RL分子产生强的盐桥作用而生成紧密的胶束聚集体,致使RL沉淀,大大降低RL对TCS的增溶作用,反而提高TCS在底泥相的分配比例(K*d值从64.16 L·kg~(-1)提高到4987.76 L·kg~(-1)(30 mmol·L~(-1)Ca~(2+))).